刺状TiO2负载Ir团簇的仿酶材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种刺状TiO2负载Ir团簇的仿酶材料及其制备和应用，属于生物酶材料领域。本发明专利技术提供一种仿酶材料，由刺状TiO2负载Ir团簇形成的纳米酶。本发明专利技术采用刺状TiO2负载Ir团簇形成的纳米仿酶材料，Ir通过Ir

【技术实现步骤摘要】
刺状TiO2负载Ir团簇的仿酶材料及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及一种刺状TiO2负载Ir团簇的仿酶材料及其制备和应用，属于生物酶材料领域。

技术介绍

[0002]龋齿是全球最普遍且治疗费用最昂贵的牙科疾病之一，它源于牙齿上微生物生物膜的形成，在全球范围内约有23亿人承受着龋齿带来的痛苦。生物膜由高度组织的细菌簇合物组成，它们牢固地附着在牙齿表面，并裹在细胞外聚合物质（EPS）基质中，如胞外多糖。其中的有害细菌变形链球菌（S. mutans）是龋齿的主要病原菌，具有产强酸性和耐酸性，其糖代谢活性过程中所产生的酸性物质能使生物膜局部pH值达到4.5的强酸性，从而造成邻牙釉质持续脱矿和牙周组织损伤。变形链球菌的EPS基质是一种不溶于水的三维天然物理屏障，可以保护变形链球菌不受宿主先天免疫细胞的侵害，还能阻止抗菌药物的渗透，使其难以治疗或清除。临床上可用的抗菌方式仅限于广谱抗菌药物，它们对龋齿生物膜的治疗缺乏疗效和靶向特异性，其治疗效果十分有限。设计能在生物膜环境的酸性pH值下具有增强抗菌功效，既可以破坏EPS的完整结构，同时又能杀死生物膜内的致病菌的材料和方法将是十分有力于消除龋齿带来的危害。
[0003]抗菌纳米材料或纳米颗粒通过降低预处理表面的细菌活力和细菌粘附为对抗生物膜提供了一种很有前途的策略。在这众多的抗菌材料中，受天然酶启发的纳米酶抑菌平台可以通过催化ROS的产生，对细菌造成不可逆的损伤，从而达到抑菌的目的。近年来，仿酶纳米材料因可设计性强、功能多样、耐药可能性低、全身毒性风险低等诸多优点，有望成为特定场景抗菌药物的替代品。然而，仿酶抗菌材料的生物活性大多局限于催化产生的抗菌作用，并不能对生物膜造成有效破坏，因此，在生物膜的保护下，材料的抗菌效果十分有限。同时，大部分纳米酶抗菌材料都不能与细菌有效地发生相互作用，而ROS具有寿命短（小于200 ns）、扩散距离短（约20 nm）等固有缺陷，会极大降低仿酶材料的杀菌效果。
[0004]刷牙是日常生活中预防龋齿的一个常见和低成本的方法。然而，由于牙齿形状不规则，表面有凹坑和凹槽，牙刷很难对牙齿进行全面清洁，因此刷牙很难完全去除附着在牙齿表面的生物膜。

技术实现思路

[0005]针对上述缺陷，本专利技术设计并提出了一种类海胆状的铱团簇负载的二氧化钛仿酶材料，合成的纳米酶具备对牙面生物膜的机械去除作用和刺状结构物理抗菌作用，同时，在生物膜酸性环境下，还能通过仿酶催化产生大量
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O2‑
和HClO，达到进一步的抑菌和去除生物膜效果。因此，所得纳米酶显示了极有前途的防龋特性，并有望为临床口腔龋病预防开辟新的途径，能够用于对抗变形链球菌生物膜和龋病预防。
[0006]本专利技术的技术方案：本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种仿酶材料，所述仿酶材料是由刺状
TiO2基材负载Ir团簇形成的纳米酶。
[0007]进一步，所述Ir团簇的粒径为0.92~1.88 nm。
[0008]进一步，所述仿酶材料在酸性条件下具有类POD活性。
[0009]本专利技术要解决的第二个技术问题是提供上述仿酶材料的制备方法，所述制备方法为：首先采用水热离子交换法将铱搭载于刺状TiO2基材表面，然后于300~600 ℃通过热处理制得刺状TiO2负载Ir团簇的仿酶材料；其中，铱盐与TiO2的摩尔质量比为：1：40～1：20。
[0010]进一步，上述方法中，当热处理温度为300~450 ℃时，所述Ir团簇的粒径为0.92~ 1.32 nm。
[0011]进一步，上述方法中，当热处理温度为450~600 ℃时，所述Ir团簇的粒径为1.32~1.88 nm。
[0012]进一步，所述制备方法为：将刺状 TiO2基材置于去离子水中，超声使其分散均匀，然后加入铱盐使其充分溶解；接着，将反应液于160～200 ℃反应8～12 h；反应结束后，抽滤分离产物，经洗涤、干燥得到负载Ir的TiO2微球；最后将负载Ir的TiO2微球在惰性气体氛围，于300～600 ℃反应1.5～3 h，得到刺状TiO2负载Ir团簇的纳米酶。
[0013]进一步，铱盐与刺状TiO2的摩尔质量比为：1：40～1：20。
[0014]优选的，所述铱盐选自：IrCl3•
xH2O。
[0015]本专利技术要解决的第三个技术问题是指出上述纳米酶在抗菌材料、抗生物膜材料、防龋齿材料或牙齿美白材料中的用途。
[0016]本专利技术要解决的第四个技术问题是提供一种抗菌材料，所述抗菌材料包括纳米酶，所述纳米酶是由刺状TiO2基材负载Ir团簇形成的纳米酶。
[0017]优选的，上述抗菌材料中，所述细菌为变形链球菌（S.mutans游离菌）。
[0018]本专利技术要解决的第五个技术问题是提供一种抗生物膜材料，所述抗生物膜材料包括纳米酶，所述纳米酶是由刺状TiO2基材负载Ir团簇形成的纳米酶。生物膜，也称为生物被膜，是指附着于有生命或无生命物体表面被细菌胞外大分子包裹的有组织的细菌群体。
[0019]优选的，用于抗生物膜材料时，所述生物膜为变形链球菌生物膜。
[0020]本专利技术要解决的第六个技术问题是提供一种防龋齿材料，所述防龋齿材料包括纳米酶，所述纳米酶是由刺状TiO2基材负载Ir团簇形成的纳米酶。
[0021]本专利技术要解决的第七个技术问题是提供一种牙齿美白材料，所述牙齿美白材料包括纳米酶，所述纳米酶是由刺状TiO2基材负载Ir团簇形成的纳米酶。
[0022]本专利技术的有益效果：本专利技术成功开发了一种刺状TiO2负载Ir的纳米仿酶材料（IrNC
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TiO2或IrNP
‑
TiO2），可用于口腔抗菌、龋齿预防及牙齿美白。形貌、化学和电子结构分析表明，Ir通过Ir
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O配位稳定、紧密地结合在TiO2基材上。类POD和类HPO催化过程揭示，IrNC
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TiO2和IrNP
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TiO2可以产生丰富的
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O2‑
和HClO；能够捕获、杀灭游离S. mutans菌，并抑制生物膜的生长。龋齿预防实验证明，本专利技术所得纳米酶能有效抑制牙齿表面生物膜的形成与发展，防止牙釉质表面脱矿，从而能有效阻止龋齿的发生。另外，本专利技术所得纳米酶细胞毒性较低，作为牙膏添加剂比非刺状磨料具有更明显的牙齿美白效果。
附图说明
[0023]图1 IrNC
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TiO2的合成示意图。
[0024]图2（a）刺状TiO2的SEM图；（b）刺状TiO2的尺寸分布图；（c）单个刺状TiO2的SEM图。
[0025]图3（a）刺状TiO2的TEM图；（b）TiO2及水热12 h之后的TiO2的XRD谱图；（c和d）TiO2的HRTEM图。
[0026]图4（a）IrNC
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TiO2的SEM图；（b）IrNC
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TiO2的TEM图；（c）IrNC
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿酶材料，其特征在于，所述仿酶材料是由刺状TiO2负载Ir团簇形成的纳米酶。2.根据权利要求1所述的一种仿酶材料，其特征在于，仿酶材料在酸性条件下具有类POD活性。3.权利要求1或2所述仿酶材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：首先采用水热离子交换法将铱搭载于刺状TiO2基材表面，然后于300~600℃通过热处理制得刺状TiO2负载Ir团簇的仿酶材料；其中，铱与刺状TiO2的摩尔质量比为：1：40～1：20。4.根据权利要求3所述仿酶材料的制备方法，其特征在于，当热处理温度为300~450℃时，所述Ir团簇的粒径为0.92~ 1.32 nm；或：当热处理温度为450~600℃时，所述Ir团簇的粒径为1.32~1.88 nm。5.根据权利要求3所述仿酶材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将刺状 TiO2基材置于去离子水中，超声使其分散均匀，然后加入铱盐使其充...

【专利技术属性】
技术研发人员：程冲，朱煌，邓玖鸿，高姗姗，罗祥林，汪茂，马朗，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：