一种含铜铁氧体纳米粒子及其制备方法和抗菌作用技术

本发明专利技术公开了一种含铜铁氧体纳米粒子及其制备方法和抗菌作用。含铜铁氧体纳米粒子，其结构式为Cu

【技术实现步骤摘要】
一种含铜铁氧体纳米粒子及其制备方法和抗菌作用
：本专利技术属于纳米材料医学领域，具体涉及一种含铜铁氧体纳米粒子及其制备方法和抗菌作用。
技术介绍
：活性氧簇(ReactiveOxygenSpecies，ROS)是细胞在有氧条件下进行能量代谢产生的一类具有氧化活性的分子总称，包括羟自由基(·OH)、超氧阴离子(O·-)和过氧化氢(H2O2)等。ROS具有双重活性：生理条件下，适量的ROS可促进免疫、修复、存活和生长等。当ROS生成超过抗氧化系统的清除能力时，ROS将对细胞脂质、蛋白质和DNA造成氧化损伤，甚至导致细胞死亡。因此，ROS在细菌的生理和病理发展中都起着十分重要的作用。研究显示，大多数革兰阴性菌和革兰阳性菌均可吸附三价铁离子(Fe3+)，并迅速将Fe3+还原为二价铁离子(Fe2+)，生成的Fe2+通过参与Fenton反应(公式1)产生羟自由基，其可无选择性地造成细胞膜脂质过氧化、蛋白质损伤和DNA损伤，其中以DNA损伤最为严重。当羟自由基水平过高时，生物分子的严重氧化损伤可直接导致细胞死亡。此外，过多的Fe2+还可通过Haber-Weiss反应(公式2)催化ROS大量生成，从而对细菌生长产生一定的抑制作用。β-内酰胺类、氨基糖苷类和喹诺酮类为临床常用抗生素。这些抗菌药存在共同的杀菌机制：上述药物在杀菌时，首先与各自相应的初级靶位点结合，然后通过三羧酸循环电子传递链产生超氧化物，损坏铁硫簇，释放Fe2+，Fe2+再通过Fenton反应生成·OH，损伤细菌的核酸、蛋白质和脂质。当ROS水平超过细菌解毒作用和修复能力时，将导致细菌死亡。因此，这条基于Fenton反应生成ROS的共有杀菌通路，为抗菌药物的研发提供了独特机制。然而，单纯的四氧化三铁纳米粒子(Fe3O4NPs)因其结构中存在的电子耦合作用，使Fe2+的氧化活性被抑制。因此，纯Fe3O4NPs的抗菌作用非常有限。目前纳米材料医学界解决这个问题的通常做法是将Fe3O4纳米粒子作为药物传输体，将其他已知的抗菌药物修饰，以增强穿透细胞膜的实际效果。Fe2++H2O2＝Fe3++OH-+·OH[公式1]
技术实现思路
：本专利技术的第一个目的是提供一种具有非常优良的抗菌效果的含铜铁氧体纳米粒子。本专利技术的含铜铁氧体纳米粒子，其结构式为Cu(II)xFe(II)1-xFe(III)2O4，其中1≥X≥0.5。本专利技术进一步通过将Fe3O4纳米粒子中1/2的二价铁(Fe2+)用二价铜(Cu2+)进行取代，合成了新的含铜铁氧体纳米粒子Cu0.5Fe(II)0.5Fe(III)2O4(以下简称为Cu@FeNPs)，从而对在Fe3O4纳米粒子中的的电子耦合作用进行消除。所获得的Cu0.5Fe(II)0.5Fe(III)2O4纳米粒子具有非常优良的抗菌效果，由此，优选所述的含铜铁氧体纳米粒子，其结构式为Cu0.5Fe(II)0.5Fe(III)2O4。本专利技术的第二个目的是提供上述含铜铁氧体纳米粒子的制备方法，其是将Fe3O4纳米粒子中X的二价铁用二价铜进行取代，得到含铜铁氧体纳米粒子，其中1≥X≥0.5。优选，将Fe2+和Gu2+按照物质的量之比(1-X):X加入到水中、并加入过量的Fe3+，以及聚乙烯吡咯酮，制得铜铁前驱体溶液，加热条件下，再加入含氢氧化钠和聚乙烯吡咯酮的水溶液，反应生成含铜铁氧体纳米粒子。进一步优选，是将CuCl2、FeCl2、FeCl3溶于水中，使得Cu2+，Fe2+，Fe3+物质的量之比为1：1：4，加入聚乙烯吡咯酮，制得铜铁前驱体溶液，将铜铁前驱体溶液加热至85℃至90℃，然后滴加预热至85℃至90℃的含氢氧化钠和聚乙烯吡咯酮的水溶液进行反应，反应后取出固体产物，依次用水、乙醇、丙酮和水洗涤，获得洗涤后的产物，即为含铜铁氧体纳米粒子Cu0.5Fe(II)0.5Fe(III)2O4。进一步优选，所述的铜铁前驱体溶液，其含0.1mM的CuCl2，0.1mM的FeCl2，0.4mM的FeCl3和5mg/ml的聚乙烯吡咯酮，所述的含氢氧化钠和聚乙烯吡咯酮的水溶液是含1.6mM的NaOH和5mg/ml的聚乙烯吡咯酮；将铜铁前驱体溶液加热至85℃至90℃，然后滴加预热至85℃至90℃的含氢氧化钠和聚乙烯吡咯酮的水溶液进行反应，反应后取出固体产物，依次用水、乙醇、丙酮和水洗涤，获得洗涤后的产物。本专利技术的第二个目的是提供上述含铜铁氧体纳米粒子在制备抗菌药物中的应用。本专利技术的第三个目的是提供一种抗菌药物，其含有上述含铜铁氧体纳米粒子作为活性成分。所述的抗菌药物是抗金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和泛耐药铜绿假单胞菌的药物。本专利技术还提供一种包含含铜铁氧体纳米粒子的喷雾剂。含铜铁氧体纳米粒子可以与稀释的酒精溶液或其他的溶剂形成胶体悬浮液的喷剂。本专利技术还提供一种包含所述含铜铁氧体纳米粒子的用于伤口或手术的防菌、抗菌的绷带。本专利技术还提供一种包含含铜铁氧体纳米粒子的医疗设备的表面涂层。含铜铁氧体纳米粒子可以和药膏混合在一起，用于伤口涂抹。本专利技术还提供一种包含含铜铁氧体纳米粒子的过滤器。本专利技术还提供一种包含所述含铜铁氧体纳米粒子的食品加工设备、工具的涂料或混合食品包装膜。含铜铁氧体纳米粒子可以与生物相容性的高分子材料混合、拉丝，可以纺成线或做成绷带，或者用于制作过滤器的过滤芯；或者与塑料混合造成薄膜，应于食品包装。纳米颗粒可以和油漆用的粘合剂混合，形成新的杀菌漆。本专利技术通过将Fe3O4纳米粒子中的二价铁用二价铜进行取代，从而对在Fe3O4纳米粒子中的的电子耦合作用进行消除。所获得的含铜铁氧体纳米粒子具有非常优良的抗菌效果，并且可以有效避免细菌向耐药性菌进展，具有广泛的应用前景。本专利技术制备的含铜铁氧体纳米粒子可用在许多抗菌应用中。在医疗上，可以使将其制成喷雾剂或者混于绷带中用于伤口或手术的防菌、抗菌。也可以将它用作医疗设备的表面涂层。这些材料对革兰氏阳性菌和阴性菌的快速灭杀作用可确保特殊工具(医疗以及食品设备、工具)的无菌要求。在环境应用中，这些材料可以在水中或加水过滤器中，避免使用紫外光或其他化学制品。在食品工业应用中，它们可用作食品加工设备、工具的涂料，或混合到食品包装膜中，用作防菌包装。该材料的合成过程简单、可大规模生产，并且可以用于廉价的原材料生产。附图说明：图1是含铜铁氧体纳米粒子Cu@FeNPs反应装置的组成图，A：三颈圆底烧瓶；B：冷凝管；C：温度计；D：注射器；图2是Fe3O4NPs和Cu@FeNPs的X射线衍射分析图；图3是(A)为Cu@FeNPs的3D结构图，蓝球(图中的1)：Cu2+/Fe2+；棕球(图中的2)：Fe3+；白球：O；(B)为Cu@FeNPs的透射电镜图(50μM)；(C)为Cu@FeNPs的动态光散射图(DLS)；图4是金黄色葡萄球菌对Cu@FeNPs的耐药实验；图5是耐甲氧西林金黄葡萄球菌对Cu@FeNPs的耐药实验；图6是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.含铜铁氧体纳米粒子，其结构式为Cu

【技术特征摘要】
1.含铜铁氧体纳米粒子，其结构式为Cu(II)xFe(II)1-xFe(III)2O4，其中1≥X≥0.5。


2.根据权利要求1所述的含铜铁氧体纳米粒子，其特征在于，所述的含铜铁氧体纳米粒子，其结构式为Cu0.5Fe(II)0.5Fe(III)2O4。


3.一种权利要求1所述的含铜铁氧体纳米粒子的制备方法，其特征在于，其是将Fe3O4纳米粒子中X的二价铁用二价铜进行取代，得到含铜铁氧体纳米粒子，其中1≥X≥0.5。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将Fe2+和Cu2+按照物质的量之比(1-X):X加入到水中、并加入过量的Fe3+，以及聚乙烯吡咯酮，制得铜铁前驱体溶液，加热条件下，再加入含氢氧化钠和聚乙烯吡咯酮的水溶液，反应生成含铜铁氧体纳米粒子。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，是将CuCl2、FeCl2、FeCl3溶于水中，使得Cu2+，Fe2+，Fe3+物质的量之比为1：1：4，加入聚乙烯吡咯酮，制得铜铁前驱体溶液，将铜铁前驱体溶液加热至85℃至90℃，然后滴加预热至85℃至90℃的含氢氧化钠和聚乙烯吡咯酮的水溶液进行反应，反应后取出固体产物，依次用水、乙醇、丙酮和水...

【专利技术属性】
技术研发人员：田原僮，陈冠宇，陈智鹏，钟毅，段少峰，
申请(专利权)人：赣南医学院，赣州市康普睿生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36