一种银-金属有机框架复合抗菌材料的制备方法与流程

本发明涉及一种新型抗菌材料的制备和应用。具体涉及一种银-金属有机框架复合抗菌材料的制备方法，一种纳米银（agnps）原位生长于zif-8金属有机框架（mofs）的表面、骨架及孔道中，形成一种新型agnps@zif-8复合材料。本发明属于纳米抗菌材料领域。

背景技术：

术中和术后介入材料使用导致细菌感染是一个重大的临床挑战。耐药菌和生物膜的快速进化形成是传染病治疗过程中遭遇的主要难题。由于生物膜的迁移，传统的抗菌方法，如抗细菌吸附、细菌表面接触杀菌、抗菌试剂释放、细菌感染自防御表面和杀菌/防生物附着可逆转换等，达到满意的抗菌效果。研究表面，无机纳米颗粒可以抑制生物膜的形成，或者去除成熟的生物膜。

目前常用的抗菌材料主要有：银基抗菌材料（中国专利：一种银二氧化钛复合抗菌材料的制备方法，公开号：cn104472543a。）；抗体（中国专利：一种抗菌材料及其制备与应用，公开号：cn105381460a。）；共聚物（中国专利：一种两亲性含氟嵌段共聚物抗菌材料及其制备方法，公开号：cn105153356a。）；氧化锌（一种可见光催化复合抗菌材料及其制备方法，公开号：cn105594739a。）等。

其中银基抗菌材料具有抗菌活性强、抗菌谱广及诱导细菌耐药倾向低等优点，是一种理想的抗菌材料。相较于大尺寸的银基材料，纳米尺寸的银颗粒抗菌性能显著提高，但是纳米颗粒的不稳定性往往导致其自发聚集，形成较大颗粒，甚至沉淀，严重影响其抗菌性能。而金属有机框架（mofs）是一类由无机金属中心（金属离子或金属簇）与有机配体通过自组装相互连接而形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。mofs材料具备较大的比表面积、较好的生物相容性、稳定的化学和物理性能、及可生物降解的优点。采用mofs负载agnps可以解决agnps颗粒的自发团聚，形成稳定的抗菌材料，从而有效发挥agnps的抗菌性能，具有较高的研究意义和应用价值。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种银-金属有机框架复合抗菌材料的制备方法，以实现agnps在mofs内及表面的均匀分布，从而达到制备一种分散性及稳定性良好的抗菌材料。

本发明目的方法通过以下方案实现：一种银-金属有机框一种高效的agnps@zif-8的抗菌材料，架复合抗菌材料的制备方法，将纳米银（agnps）原位生长于zif-8金属有机框架（mofs）的表面、骨架及孔道中，形成一种新型agnps@zif-8复合材料，包括以下步骤：

（1）zif-8制备：

1）选用六水合硝酸锌和2-甲基咪唑为zif-8合成材料，将5-9g2-甲基咪唑溶解于9ml水溶液，于在37℃条件下搅拌均匀；

2）在上述溶液中加入1ml六水合硝酸锌（100-150mg）溶液，随后混合液于37℃，400rpm搅拌速度下反应30min；3）反应结束后，以5000rpm离心30min分离去除上清液，洗涤三次得到zif-8纳米颗粒；

（2）agnps@zif-8制备：

1）称取0.679g硝酸银（agno3）、0.24g氢氧化钠（naoh）及适量氨水，制备20mm银氨溶液，转移至棕色瓶，并于阴暗处保存；

2）取0.2-0.5gzif-8纳米颗粒均匀分散溶解于40ml超纯水中，随后加入0.5ml20mm银氨溶液，以400rpm转速避光搅拌2hr，低速离心去除上清液；

3）上述沉淀溶解于20ml超纯水中，加入5ml聚乙烯吡咯烷酮(pvp)（50-100mm）溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，300w汞灯照射1hr；

4）反应结束后，以5000rpm离心20min分离去除上清液，洗涤三次，产物分散在1ml超纯中，得到最终产物agnps@zif-8颗粒。

步骤（1）中zif-8纳米颗粒尺寸为50-150nm。

步骤（2）中银氨溶液与pvp摩尔比为1:（25-100）。

步骤（2）中agnps@zif-8纳米颗粒尺寸为200-250nm。

抗菌性能测试：以大肠杆菌为测试菌种。取培养三代以上的大肠杆菌，用pbs缓冲溶液稀释至约为10⁵cfu/ml；取0.25gagnps@zif-8颗粒放入三角瓶中，加入47.5ml含0.1%吐温-80的pbs混合后，再加入2.5ml上述预制菌悬液。对照组按上述方法配制仅含zif-8颗粒的菌悬液。将试验组和对照组置于37℃100rpm恒温摇床中振荡孵育2hr。振荡结束后，试验组和对照组经过适当的稀释，接种于含有琼脂培养基的平皿上，每个浓度设置2个平行样，将上述平皿于37℃培养箱中培养24hr，并对菌落计数。附图3可得，经24hr培养后，对照组平均菌落319个，实验组平均菌落96个，抑菌率达69.7%。

本发明提供了一种高效的agnps@zif-8的抗菌材料，实现agnps在mofs内及表面的均匀分布，从而达到制备一种分散性及稳定性良好的抗菌材料的目的。在本发明的技术方案中，采用生物性良好且易制备的zif-8作为骨架材料；zif-8是由2-甲基咪唑与金属原子zn配位形成的类正六面体笼状结构。通过2-甲基咪唑和乙酸锌的用量的调节，可进一步调节mof结构的粒径大小和孔隙率，得到不同形貌的mof结构。随后，后采用原位生长的方式，利用聚乙烯吡咯烷酮（pvp）还原银氨溶液从而在zif-8表面及孔隙内生长agnps，即可得到具备良好抗菌性能的agnps@zif-8材料。

本发明通过改变2-甲基咪唑和乙酸锌的含量和反应时间可以调控zif-8的形貌和粒径，从而影响银氨分子在zif-8孔隙中的吸附，限制了银在zif孔径里生长的尺寸，生成高抗菌性纳米级银颗粒；同时由于大量银离子进入zif-8孔隙和表面，提高了复核材料的银载带效率，实现高效抗菌作用。采用pvp弱还原性原位生长的纳米银均匀分散在zif-8的表面、骨架和孔隙中，避免了纳米级银颗粒的自发团聚；同时利用pvp表面活性剂的性质，进一步增强了复合材料的稳定性。

附图说明

图1为实施例1所制备的zif-8的tem成像；

图2为实施例1所制备的agnps@zif-8的tem成像；

图3为实施例1所制备的zif-8（a）和agnps@zif-8（b）对大肠杆菌的抑菌性能图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。

实施例1

一种银-金属有机框架复合抗菌材料，将纳米银（agnps）原位生长于zif-8金属有机框架（mofs）的表面、骨架及孔道中，形成一种新型agnps@zif-8复合材料，按以下步骤制备：

1．zif-8制备：

1）选用六水合硝酸锌和2-甲基咪唑为zif-8合成材料，将7.5g2-甲基咪唑溶解于9ml水溶液，于在37℃条件下搅拌均匀；

2）在上述溶液中加入1ml六水合硝酸锌（125mg）溶液，随后混合液于37℃，400rpm搅拌速度下反应30min；

3）反应结束后，以5000rpm离心30min分离去除上清液，洗涤三次得到zif-8纳米颗粒；由附图1可得，所制备zif-8颗粒尺寸在50-150nm，多数在100nm左右。

2．agnps@zif-8制备：

1）称取0.679gagno3、0.24gnaoh及适量氨水，制备20mm银氨溶液，转移至棕色瓶，并于阴暗处保存；

2）取0.2gzif-8纳米颗粒均匀分散溶解于40ml超纯水中，随后加入0.5ml20mm银氨溶液，以400rpm转速避光搅拌2hr，低速离心去除上清液；

3）上述沉淀溶解于20ml超纯水中，加入5ml50mm的pvp溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，300w汞灯照射1hr；（不符步骤2）中银氨溶液与pvp摩尔比为1:（25-100））

4）反应结束后，以5000rpm离心20min分离去除上清液，洗涤三次，产物分散在1ml超纯中，得到最终产物agnps@zif-8颗粒。由附图2可得，所制备agnps@zif-8纳米颗粒尺寸在200-250nm。

3、抗菌性能测试：以大肠杆菌为测试菌种。取培养三代以上的大肠杆菌，用pbs缓冲溶液稀释至约为10⁵cfu/ml；取0.25gagnps@zif-8颗粒放入三角瓶中，加入47.5ml含0.1%吐温-80的pbs混合后，再加入2.5ml上述预制菌悬液。对照组按上述方法配制仅含zif-8颗粒的菌悬液。将试验组和对照组置于37℃100rpm恒温摇床中振荡孵育2hr。振荡结束后，试验组和对照组经过适当的稀释，接种于含有琼脂培养基的平皿上，每个浓度设置2个平行样，将上述平皿于37℃培养箱中培养24hr，并对菌落计数。附图3可得，经24hr培养后，对照组平均菌落707个，实验组平均菌落96个，抑菌率达86.43%。

实施例2

一种银-金属有机框架复合抗菌材料，与实施例1近似，按以下步骤制备：

1．zif-8制备：

1）选用六水合硝酸锌和2-甲基咪唑为zif-8合成材料，将7.5g2-甲基咪唑溶解于9ml水溶液，于在37℃条件下搅拌均匀；

2）在上述溶液中加入1ml六水合硝酸锌（125mg）溶液，随后混合液于37℃，400rpm搅拌速度下反应30min；3）反应结束后，以5000rpm离心30min分离去除上清液，洗涤三次得到zif-8纳米颗粒；

2．agnps@zif-8制备：

1）称取0.679gagno3、0.24gnaoh及适量氨水，制备20mm银氨溶液，转移至棕色瓶，并于阴暗处保存；

2）取0.2gzif-8纳米颗粒均匀分散溶解于40ml超纯水中，随后加入0.5ml20mm银氨溶液，以400rpm转速避光搅拌2hr，低速离心去除上清液；

3）上述沉淀溶解于20ml超纯水中，加入5mlpvp（50mm）溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，300w汞灯照射1hr；

4）反应结束后，以5000rpm离心20min分离去除上清液，洗涤三次，产物分散在1ml超纯水中，得到最终产物agnps@zif-8颗粒。

实施例3

一种银-金属有机框架复合抗菌材料的制备方法，其特征在于，将纳米银（agnps）原位生长于zif-8金属有机框架（mofs）的表面、骨架及孔道中，形成一种新型agnps@zif-8复合材料，包括以下步骤：

1．zif-8制备：

1）选用六水合硝酸锌和2-甲基咪唑为zif-8合成材料，将5g2-甲基咪唑溶解于9ml水溶液，于在37℃条件下搅拌均匀；

2）在上述溶液中加入1ml六水合硝酸锌（150mg）溶液，随后混合液于37℃，400rpm搅拌速度下反应30min；

3）反应结束后，以5000rpm离心30min分离去除上清液，洗涤三次得到zif-8纳米颗粒；

2．agnps@zif-8制备：

1）称取0.679gagno3、0.24gnaoh及适量氨水，制备20mm银氨溶液，转移至棕色瓶，并于阴暗处保存；

2）取0.2gzif-8纳米颗粒均匀分散溶解于40ml超纯水中，随后加入0.5ml20mm银氨溶液，以400rpm转速避光搅拌2hr，低速离心去除上清液；

3）上述沉淀溶解于20ml超纯水中，加入5mlpvp（100mm）溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，300w汞灯照射1hr；

4）反应结束后，以5000rpm离心20min分离去除上清液，洗涤三次，产物分散在1ml超纯中，得到最终产物agnps@zif-8颗粒。