一种荧光抗菌碳点、其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于纳米功能材料技术领域，更具体地，涉及一种荧光抗菌碳点、其制备方法和应用。通过特别选用壳聚糖季铵盐或壳聚糖作为碳源来加热制备碳点，一步即可合成得到能够同时实现对细菌进行成像和杀灭的蓝色发光碳点，制备方法简单。所制备的功能性碳点抗菌活性高、且具有良好的水分散性、低成本、低细胞毒性和溶血性。

【技术实现步骤摘要】
一种荧光抗菌碳点、其制备方法和应用
本专利技术属于纳米功能材料
，更具体地，涉及一种荧光抗菌碳点、其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着抗生素的发展和普及应用，由细菌感染引起的一些病症在很大程度上得到抑制。但由于一些复杂的机理，病原体可以破坏宿主的免疫系统使其产生运输障碍，使得抗生素等小分子抗菌剂不能有效到达患处抑制病菌；与此同时由于抗生素的滥用，细菌的耐药性也引起了广泛的关注，因此开发新型抗菌试剂是现如今面临的紧迫挑战。伴随着纳米材料的兴起，纳米材料由于其可修饰性、量子尺寸效应、可通过血脑屏障、透过肾小球血管壁进入尿液(要求小于20nm)等性质使其在生物医药相关领域得到广泛关注。碳基材料由于其良好的生物相容性、低廉的原料、良好的光学性质等优良特点而受到广泛的关注。近年来，各种各样的碳材料(如碳纳米管、石墨烯、富勒烯等)被广泛地应用于生物检测、催化、能源、电子器件以及载药等方面。而荧光碳点作为一种新型的零维的碳材料(<5nm)，具有良好的水溶性、较高的量子产率、易表面修饰的特点，为其在抗菌或抗癌药物载体方面提供了可行性。然而，目前荧光碳点的制备通常存在制备步骤繁琐，抗菌活性不高、不具有广谱抗菌性、不具备同时成像和抗菌功能、毒性较大、易产生耐药性等技术缺陷，比如文献1(ACSBiomaterials-Science&Engineering/DOI:10.1021/acsbiomaterials.9b00583)通过将双季铵盐(BQAS)与超纯水混合200℃下反应12h，虽然制备得到的碳点在体外对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐氨苄西林的大肠杆菌均具有较高的抗菌活性，但是该文献所制备碳点在高温下反应时间(12h)过长，而且原料不易制备。文献2(JournalofInorganicBiochemistry/DOI:10.1016/j.jinorgbio.2016.11.002)通过“一锅法”成功地将2，3-环氧丙基三甲基氯化铵和烯丙基二甲基氯化铵成功地合成了季铵修饰的碳点，该碳点被证明对革兰氏阳性细菌具有令人满意的抗菌活性，然而对革兰氏阴性菌抗菌效果不佳；文献3(JournalofInorganicBiochemistry/DOI:10.1016/j.jinorgbio.2016.11.002)通过硅烷偶联剂将碳点与银纳米颗粒接枝，合成了空心的Ag-纳米簇-C壳纳米复合材料，才能实现对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有抗菌活性。文献4(ColloidsandSurfacesB:Biointerfaces/DOI:10.1016/j.colsurfb.2018.06.040)将柠檬酸(2.1g)和乙二胺(670μL)溶于超纯水中(20mL)。然后将混合物转移到聚四氟乙烯衬里的高压釜在250℃下加热反应5h下制备碳点(CDs)，通过共价键将氨苄西林(AMP)连接到CDs上。CDs-AMP在光照下能结合适量的活性氧，抑制革兰氏阳性菌的生长。在文献3和文献4中抗菌材料制备方法中偶联过程复杂，对CDs的荧光性能有一定影响，并且复合材料的稳定性也有存在问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种荧光抗菌碳点、其制备方法和应用，旨在解决现有技术荧光抗菌碳点制备方法繁琐、制备得到的碳点抗菌活性不高或毒性较大、易形成耐药性等的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种荧光抗菌碳点的制备方法，包括如下步骤：(1)将碳源分散于溶剂中，得到混合溶液，加热反应得到碳点溶液；所述碳源包括壳聚糖或壳聚糖季铵盐；(2)将步骤(1)得到的碳点溶液进行纯化后固化，得到固态荧光抗菌碳点。优选地，步骤(1)加热温度为180℃～210℃，优选为190℃～200℃，反应时间为30～300分钟，优选为120～240分钟。优选地，步骤(1)所述溶剂为水或乙酸的水溶液。优选地，所述混合溶液中还包括第二碳源、N-掺杂原料、S-掺杂原料和N,S-掺杂原料中一种或多种；其中，所述第二碳源为柠檬酸和/或葡萄糖；所述N-掺杂原料为乙二胺、聚乙烯亚胺、精氨酸、赖氨酸和尿素中的一种或多种；所述S-掺杂原料为硫代硫酸钠；所述N,S-掺杂原料为硫脲、半胱氨酸、N-乙酰半胱氨酸和甲硫氨酸中的一种或多种。优选地，步骤(1)为：将壳聚糖季铵盐分散于水中，在190～200℃发生水热反应2～4小时，得到碳点溶液。优选地，每100毫升所述溶剂中加入所述碳源的质量为0.5-1.5克。优选地，步骤(1)中，将混合溶液置于密闭的反应容器中，加热使其反应；所述反应容器为水热反应釜或微波反应釜；所述加热方式为水浴、油浴、电热恒温鼓风干燥或微波加热。优选的，所述反应为高压密闭的水热反应。优选地，步骤(2)中，所述纯化采用的方法为透析，所述透析采用透析袋，其规格为500D、1KD或3KD。优选的，所述的透析袋规格为500D。优选地，步骤(2)中，所述固化采用的方法为减压蒸发法、保护性气体吹干法、冷冻干燥法、真空干燥法或有机溶剂沉淀法。优选的，所述固化采用的方法为冷冻干燥。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的制备方法制备得到的荧光抗菌碳点。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的荧光抗菌碳点在制备同时抑制革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和耐药菌的抗菌剂中的应用。优选地，所述革兰氏阳性菌为金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌和溶壁微球菌中的一种或多种；所述革兰氏阴性菌为铜绿假单孢杆菌和/或大肠杆菌；所述耐药菌为耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的荧光抗菌碳点在对革兰氏阳性菌成像中的应用。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术提出的一种荧光抗菌碳点的制备方法，以壳聚糖或其衍生物壳聚糖季铵盐为原料，一步加热制备得到荧光抗菌碳点。制备方法简单，而且原料壳聚糖或壳聚糖季铵盐廉价易得，且原料本身具有很好的生物相容性。(2)本专利技术制备得到的荧光抗菌碳点对革兰氏阳性菌和阴性菌均有良好的杀菌效能，因此可用于制备治疗革兰氏阳性菌或阴性菌感染引起的疾病的药物，避免过度使用抗生素对细菌造成耐药性。(3)本专利技术优选实施例中采用壳聚糖季铵盐的水溶液加热制备得到碳点，相较于采用其它原料和溶剂，制备得到的碳点的抗菌活性更高，其对金黄色葡萄球菌的MIC值仅为10μg/mL。(4)本专利技术制备得到的荧光抗菌碳点的尺寸较小，作为抗菌试剂，更容易透过肾小球血管壁进入尿液进而排出体外，从而降低抗菌药物的副作用。(5)本专利技术制备得到的荧光抗菌碳点经实验证实其具有很好的生物相容性。(6)本专利技术制备得到的荧光抗菌碳点能够实现对细菌的多色(蓝色、绿色和红色)成像，能够用作生物荧光探针。附图说明图1是本专利技术荧光抗菌碳点的制备流程示意图；图2是本专利技术制备得到的碳点的荧光光谱图；图3是本专利技术实施例1制备得到的碳点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种荧光抗菌碳点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将碳源分散于溶剂中，得到混合溶液，加热反应得到碳点溶液；所述碳源包括壳聚糖或壳聚糖季铵盐；/n(2)将步骤(1)得到的碳点溶液进行纯化后固化，得到固态荧光抗菌碳点。/n

【技术特征摘要】
1.一种荧光抗菌碳点的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将碳源分散于溶剂中，得到混合溶液，加热反应得到碳点溶液；所述碳源包括壳聚糖或壳聚糖季铵盐；
(2)将步骤(1)得到的碳点溶液进行纯化后固化，得到固态荧光抗菌碳点。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)加热温度为180℃～210℃，反应时间为30～300分钟。


3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述溶剂为水或乙酸的水溶液。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中还包括第二碳源、N-掺杂原料、S-掺杂原料和N,S-掺杂原料中一种或多种；
其中，所述第二碳源为柠檬酸和/或葡萄糖；所述N-掺杂原料为乙二胺、聚乙烯亚胺、精氨酸、赖氨酸和尿素中的一种或多种；所述S-掺杂原料为硫代硫酸钠；所述N,S-掺杂原料为硫脲、半胱氨酸、N-乙酰半胱氨酸和甲硫氨酸中的一种或多种。


5.如权利要求1所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丹，刘雪梅，郝健，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42