一种含钒MXene抗菌材料的制备及其应用制造技术

本发明专利技术公布了一种含钒MXene抗菌材料的制备及其在生物领域中的应用。具体而言，本发明专利技术使用含钒MAX相前驱体通过一步法制备含钒MXene材料，以增强MXene的抗菌性。其制备方法简单，得到的含钒MXene材料具有优异的抗菌性能，有效地抑制大肠杆菌的生长。本发明专利技术公开的含钒的抗菌MXene在生物领域有着广泛的应用，包括但不限于医用敷料、抗菌口罩、肿瘤治疗。抗菌口罩、肿瘤治疗。抗菌口罩、肿瘤治疗。

【技术实现步骤摘要】
一种含钒MXene抗菌材料的制备及其应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料
和纳米医疗领域，包括但不限于医用敷料，抗菌口罩，癌症治疗。

技术介绍

[0002]抗生素的过度使用和滥用导致抗菌药物耐药性的发展加剧。抗生素耐药菌，如甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌和万古霉素耐药肠球菌，很难甚至不可能用现有抗生素治疗，造成的全球每年的死亡人数达近100万。若按此趋势发展，则到2050年这一数字将飙升至1000万。 除了产生抗生素耐药性外，细菌还可以形成生物膜，导致许多持续感染。 由于抗生素无法穿透细菌表面致密的外壳，导致治疗效果有限。 因此，急需开发一种新的方法以对抗抗生素耐药菌和破坏细菌生物膜。
[0003]近年来，二维材料在生物医学领域引起了广泛的关注。一些二维材料，如石墨烯，已经表现出了抗菌性能，并大大降低了细菌的耐药性。2D材料的抗菌机制：1）2D材料锋利边缘造成的细菌膜的物理损伤，导致其完整性的丧失；2）通过产生氧化应激或电荷转移造成的化学损伤。物理和化学损伤的抗菌机制大大降低了细菌发展耐药性的能力。
[0004]MXene是一类具有M
n+1
X
n
T
x
元素构成的材料体系，其中M表示早期过渡族金属元素，X表示C或者N，T指的是该二维材料表面的基团/修饰体，n通常取值范围为1
‑
3。因此，MXene家族拥有丰富的化学构成，成员众多，并且还在不断扩张。MXene具有优异的电学性能和光学性能，在能源存储和电磁方面有诸多的应用。近些年来，MXene材料在生物领域的应用被不断开发。
[0005]目前，多项研究报道了MXene材料的抗菌性和抗癌作用。Mahmoud等人的研究表明，Ti3C2T
x
，一种典型的MXene材料，对革兰氏阴性的大肠杆菌和革兰氏阳性的枯草杆菌均有抗菌作用，其抗菌活性呈剂量依赖性且抗菌效率高于氧化石墨烯。与石墨烯类似，Ti3C2T
x
通过破坏细胞膜和产生活性氧（ROS)来抑制细菌。然而，有些细菌可以通过能够通过产生抗氧化剂来抵制基于氧化剂的清除机制。因此，涉及氧化应激的抗菌机制可能对这些细菌的效果欠佳甚至无效。利用MXene材料高的光热转化效率，洪伟礼等人使用光热治疗（PPT)协同抗菌。Ti3C
2 MXene在近红外光照射下通过光热效应快速的杀灭细菌，对15种检测细菌（包括革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、抗生素耐药菌）均有效，具有广谱的抗菌作用。此外，MXene材料具有优异的生物相容性和生物可降解性，在肿瘤微环境中，通过类Fenton反应高效催化产生大量的ROS,杀死肿瘤细胞。陶绪堂等人采用微爆法制备的Ti3C2T
x MXene 量子点在肿瘤酸性条件下高效催化H2O2，产生大量的
·
OH，协同光热治疗显著地抑制荷HeLa小鼠肿瘤的生长，且未显示出明显的毒副作用。
[0006]钒在抗菌和肿瘤治疗方面具有很大的潜能。与Ti类似，钒通过催化还原H2O2、O2产生大量的
·
OH或O2·
‑ꢀ
，进而杀伤细菌或肿瘤细胞。然而目前钒的生物领域应用主要局限于氧化钒纳米粒子，而基于钒的MXene材料在生物领域的应用尚未报道。

技术实现思路

[0007]本专利技术制备了一种含钒的MXene二维纳米材料，该二维纳米材料对革兰氏阴性大肠杆菌具有显著的抑制作用，制备了一种可实现MXene联合PTT的抗菌敷料，可重复使用的医用抗菌口罩。此外，本专利技术提供了一种含钒的MXene材料联合PTT治疗肿瘤的方法，含钒的MXene二维纳米材料可通过以下两种方法制备。
[0008]含钒的MXene二维纳米材料可通过盐酸/氟化锂刻蚀法制备，具体包括以下步骤：步骤一：含钒MXene二维材料制备：在室温条件下，将1g 氟化锂（LiF）溶于20mL 盐酸（HCl）中（V
浓HCl
:V
H2O
=1：1)，制备LiF/HCl的混合物。将1g含钒的MAX相前驱体的浸入20 mL LiF/HCl溶液中，在室温下搅拌反应72 h，得到多层的含钒 MXene。蚀刻后，用去离子水洗涤得到的悬浮液，并离心将粉末从上清液中分离出来。 经几次洗涤后，使pH大于6，并真空干燥。其中，所述含钒MAX相是一类化学通式为M
n+1
AX
n
的三元层状化合物，其中M是早期过渡金属，例如Ti，V，Zn，Ga，Ge，Cr等；A是Ⅲ、Ⅳ主族元素，X是C或N，n代表1，2，3等；步骤二：在多层MXene中加入去离子水使其分散，超声2h后，抽滤悬浮液，得到的悬浮液即为含钒MXene溶液。
[0009]含钒的MXene二维纳米材料可通过氟化氢刻蚀法制备，具体包括以下步骤：步骤一：含钒MXene二维材料制备：将1g含钒的MAX相前驱体的浸入10 mL HF溶液(55 wt.%)中，35℃搅拌反应92 h，得到多层的含钒 MXene。蚀刻后，用去离子水洗涤得到的悬浮液，并离心将粉末从上清液中分离出来。 经几次洗涤后，使pH大于6，并真空干燥其中，所述含钒MAX相是一类化学通式为M
n+1
AX
n
的三元层状化合物，其中M是早期过渡金属，例如Ti，V，Zn，Ga，Ge，Cr等；A是Ⅲ、Ⅳ主族元素，X是C或N，n代表1，2，3等。
[0010]步骤二：将1g步骤一制备的含钒多层MXene加入到10mL插层剂四丁基氢氧化铵（TBA
‑
OH）中，搅拌24h后，使用真空抽滤装置抽滤，去除插层MXene，用去离子水抽滤清洗至pH大于6，置于真空干燥箱中在60℃下干燥24小时后得到的固体粉末即为单层的MXene基纳米材料。
附图说明
[0011]图1为多层含钒MXene纳米片SEM图图2为单层含钒MXene纳米片TEM图图3 经单层含钒MXene处理4 h后的大肠杆菌在LB固体培养基上的生长情况图图4含钒MXene基纳米材料涂附的抗菌人工晶体图5 含钒MXene基纳米材料浸涂的医用抗菌纱布。
具体实施方式
[0012]在下文中，将通过具体的实施例更加详细的描述本专利技术，但所提供的实施例仅是说明性的，并不意欲限制本专利技术。
[0013]实施例1：（1）将10 mL去离子水、10 mL浓度为12M的盐酸和1g氟化锂混合到容量为60mL的高密度聚乙烯瓶中，搅拌并加热到35℃。随后加入1g由TiVAlC相前驱体，搅拌72小时后，用去离子水抽滤清洗至pH大于6，将得到的沉淀物置于真空干燥箱中在60℃下干燥24小时；
（2）将多层TiVC沉淀物分散到100mL去离子水中，超声2h后，使用真空抽滤装置抽滤，去除插层TiVC，抽滤瓶中的悬浮液即为单层的TiVC基纳米材料。
[0014]实施例2：（1）将1g TiVAlC相前驱体加入到10 mL氟化氢（55wt.%)中，35℃搅拌92h，用去离子水抽滤清洗至pH大于6，将得到的沉淀物置于真空干燥箱中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钒掺杂MXene抗菌材料的制备，其特征在于，所述含钒MAX相前驱体包括但不限于TiVAlC，V2AlC，V2PC，V2ZnC，V2GaC，VCrAlC，V2GeC，Ti2VAlC2，VCrAlC中任意一种或两种以上的MAX相陶瓷组合。2.根据权利要求一所述的一种钒掺杂MXene抗菌材料的制备，其特征在于，所制备的含钒MXene材料包括但不限于TiVC，Ti2VC2，V4C3，V2C，V3C2，V4N3，CrVC中的任意一种或两种以上。3.根据权利要求一和权利要求二所述的一种钒掺杂MXene抗菌材料的制备，其特征在于，所制备的含钒MXene材料包括但不限于含钒MXene 粉末、含钒MX...

【专利技术属性】
技术研发人员：何青，胡慧慧，章冬雯，
申请(专利权)人：苏州北科纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：