碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料在制备杀菌和促进皮肤疤痕愈合的药物中的应用的制作方法

本发明涉及光催化材料技术领域，尤其涉及碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料在制备杀菌和促进皮肤疤痕愈合的药物中的应用。

背景技术：

金黄色葡萄球菌(简称金葡菌，sa)是一种重要的革兰阳性致病菌，可分泌多种侵袭性物质，包括毒力因子和侵袭性蛋白等。sa可引起皮肤软组织、肺部、骨关节和血液等多部位感染，所致感染性疾病包括肺炎、败血症、心内膜炎、皮肤软组织感染，甚至中毒性休克综合症等。sa可通过基因突变及自身耐药基因水平转移等多种耐药机制对多种抗生素产生耐药性。目前，多耐药sa已成为临床重要致病菌，给临床抗感染治疗带来巨大挑战。

病原微生物感染一直威胁着人类健康，每年有数百万人死于感染性疾病。人类在探索有效的杀菌方法方面做出了巨大的努力。当前的多项研究发现光催化杀菌在取代传统化学方法及有效地应用于微生物污染的修复具有一定的前景。因为它可以避免一些缺点，如能源消耗低，效率低和产生致癌副产物等。

氮化碳(c3n4)是一种非金属半导体，由地球上含量较多的c、n元素组成，对可见光有一定的吸收，抗酸、碱、光的腐蚀，稳定性好，结构和性能易于调控，具有良好的光催化消毒前景，对其进行适当改性，可有效提高其光催化效果。

目前，关于通过c3n4改性提高材料光催化效果和杀菌效果的研究已有报道，例如：

申请公布号为cn107570191a的发明专利申请文献公开了一种可见光催化剂的制备方法及用途，该发明通过au和ag纳米颗粒在g-c3n4表面的负载，提高其吸收可见光的能力，以此通过在太阳光的照射下使催化剂产生很好的催化效果，从而减小能源的消耗，同时达到较好的杀菌效果。

申请公布号为cn106395771a的发明专利申请文献公开了一种石墨相氮化碳量子点的制备方法，该方法包括：称取40g硫脲均匀平铺于坩埚底部，将坩埚置于马弗炉中高温煅烧，煅烧温度为500℃，升温速率3℃/min，煅烧时间为2h，得到石墨相氮化碳体。

技术实现要素：

本发明提供了碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料在制备杀菌和促进皮肤疤痕愈合的药物中的应用，采用特定制备方法获得的碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料具有更多了光催化反应活性位点，光催化活性强，且对金黄色葡萄球菌具有明显杀菌作用，能够使金黄色葡萄球菌感染的皮肤疤痕快速愈合。

具体技术方案如下：

本发明提供了碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料在制备杀菌药物中的应用，所述碳量子点-类石墨相氮化碳碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将尿素置于500～600℃下进行煅烧，得到石墨相氮化碳粉末；

(2)将柠檬酸和乙二胺溶解在水中，在180-200℃下进行水热合成反应，冷却后干燥，得到碳量子点粉末；

(3)先将碳量子点粉末与水混合，再向混合液加入石墨相氮化碳粉末，在15-60℃的温度下搅拌浸渍12-24小时后，干燥，得到碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料。

本发明将g-c3n4和量子点的优点结合起来，制备出石墨相氮化碳量子点(cnqds)，即：碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料；溶液中具有荧光性质的石墨相氮化碳量子点在给电子体或者供电子体的作用下会发生荧光猝灭，量子点的这种受到光而发生电子转移的现象，使得量子点能够在光转换和相关应用中发挥重要作用，可以与多种材料复合形成异质结催化材料，具有十分可观的应用价值。

进一步地，步骤(1)中，所述煅烧的时间为2～4h；加热速率为3～5℃/min。

进一步地，步骤(2)中，水热合成反应的时间为5～8h。

进一步地，步骤(3)中，所述碳量子点粉末与石墨相氮化碳粉的质量比为1:30～40。

进一步地，所述的菌为金黄色葡萄球菌。

进一步地，所述碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料通过提高菌细胞内的活性氧基团含量和增大细胞膜通透性杀死金黄色葡萄球菌。

本发明通过建立体外和体内sa感染模型，发现了碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料具有杀灭金黄色葡萄球菌作用，并且更进一步地发现碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料可以加快金黄色葡萄球菌感染所造成的皮肤疤痕的愈合，且该材料对皮肤无毒性作用。

本发明还提供了碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料在制备促进皮肤疤痕愈合的药物中的应用，所述皮肤疤痕由金黄色葡萄球菌感染而形成；所述碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将尿素置于500～600℃下进行煅烧，得到石墨相氮化碳粉末；

(2)将柠檬酸和乙二胺溶解在水中，在180-200℃下进行水热合成反应，冷却后干燥，得到碳量子点粉末；

(3)先将碳量子点粉末与水混合，再向混合液加入石墨相氮化碳粉末，在15-60℃的温度下搅拌浸渍12-24小时后，干燥，得到碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料。

进一步地，步骤(1)中，所述煅烧的时间为2～4h，加热速率为3～5℃/min；

进一步地，步骤(2)中，水热合成反应的时间为5～8h；

进一步地，步骤(3)中，所述碳量子点粉末与石墨相氮化碳粉的质量比为1:30～40。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过体外杀菌实验和建立小鼠金黄色葡萄球菌皮肤感染模型的实验，发现用特定方法制备获得的碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料具有更多的光催化反应活性位点，光催化活性强，且对金黄色葡萄球菌具有明显杀菌作用。

(2)本发明还发现该特定方法制备获得的碳量子点-类石墨相氮化碳光催化材料能够促进金黄色葡萄球菌感染而形成的皮肤疤痕的快速愈合。

附图说明

图1为实施例1中cqds/g-c3n4的透视电镜表征；

其中，a为x射线衍射图，intensity是指强度；b为cqds/g-c3n4的透射电镜图；c为cqds/g-c3n4的高分辨透视电镜图；d为c中白色圆圈标记的单个碳量子点高分辨透射电镜图；2theta：x射线的入射角度；intensity(a.u.)：相对强度；nm：纳米；埃。

图2为实施例1中cqds/g-c3n4的拉曼光谱和xps光谱；

其中，a为g-c3n4和cqds/g-c3n4的拉曼光谱；b为g-c3n4和cqds/g-c3n4的x射线光电子能谱分析；ramanshift：拉曼位移；intensity(a.u.)：相对强度；bindingenergy：结合能；ev：电子伏特。

图3为实施例1中cqds/g-c3n4的紫外可见吸收光谱，禁带宽度曲线表征，电化学阻抗图和瞬时光电流图；

其中，a为g-c3n4和cqds/g-c3n4的紫外可见吸收光谱；b为g-c3n4和cqds/g-c3n4的禁带宽度表征；c为黑暗条件下，g-c3n4和cqds/g-c3n4的eis图；内置图为由eis图拟合所得的等效电路图；r1表示电化学电池中的电阻，r2表示半导体的电荷转移电阻，r3表示半导体与电解质界面的电荷转移电阻，c1和q1分别为等效电路模式下的电容器与电感器；d为g-c3n4和cqds/g-c3n4修饰电极的瞬态光电流响应图。太阳符号代表光照条件，月亮符号代表黑暗条件；absorptionintensity：吸收强度；wavelength：波长；eg：能带值；ev：电子伏特；α：吸光系数；h：普朗克常熟；v：光子频率；z’:实部阻抗；z”:虚部阻抗；ohm：欧姆；fittingline：拟合曲线；r1：电化学电池中的电阻；r2：半导体的电荷转移电阻；r3：半导体与电解质界面的电荷转移电阻；c1：电容器；q1：电感器。time(s):时间(秒)；photocurrentdensity：光电流密度；μacm-1微安每平方厘米。

图4为实施例2中在不同光照时间下cqds/g-c3n4对金黄色葡萄球菌的杀伤效应；

其中，times(min)：时间(分钟)；celldensity：细胞密度；lightcontrolwithoutphotocatalysts：无催化剂光照处理；darkcontrolwithoutphotocatalysts：无催化剂黑暗处理；darkcontrolwithg-c3n4:g-c3n4黑暗处理组；darkcontrolwithcqds/g-c3n4:cqds/g-c3n4黑暗处理组；g-c3n4:g-c3n4光照处理组；cqds/g-c3n4：cqds/g-c3n4光照处理组。

图5为实施例2中cqds/g-c3n4作用后的金黄色葡萄球菌胞内活性氧基团的水平，胞外钾离子的浓度，以及分别作用0分钟，60分钟，120分钟，和180分钟后扫描电镜图像；

其中，a为经g-c3n4和cqds/g-c3n4光催化杀菌后的金葡菌胞内ros水平(相对于0min时的胞内ros水平)；b为金葡菌胞内钾离子的释放量。；c为经cqds/g-c3n4光催化杀菌处理0min,60min,120min,180min后细菌的扫描电镜图；times(min)：时间(分钟)；relativeroslevel：相对活性氧水平；c0：起始浓度；c：某时刻浓度；darkcontrolwithg-c3n4:g-c3n4黑暗处理组；darkcontrolwithcqds/g-c3n4:cqds/g-c3n4黑暗处理组；g-c3n4:g-c3n4光照处理组；cqds/g-c3n4：cqds/g-c3n4光照处理组；pore：孔洞。

图6为实施例3中cqds/g-c3n4在小鼠体内实验中的光催化效应；

其中，a为光照条件下各组小鼠不同时间点的背部照片；b为光照条件下各组小鼠不同时间点的背部疤痕面积；c为光照条件下各组小鼠不同时间点的背部皮肤细菌载量；d为黑暗条件下各组小鼠不同时间点的背部照片；e为黑暗条件下各组小鼠不同时间点的背部疤痕面积；f为黑暗条件下各组小鼠不同时间点的背部皮肤细菌载量；days：天数；lesionarea：创口面积；cfu/mgoftissue：每毫克组织细菌载量；control：对照组。

图7为实施例3中cqds/g-c3n4和g-c3n4在体内外的药物毒性分析；

其中，a为光照条件下各组小鼠不同时间点的背部照片；b为光照条件下各组小鼠不同时间点的背部创伤面积；c为不同浓度的g-c3n4对hacat细胞的毒性效应；d为不同浓度的cqds/g-c3n4对hacat细胞的毒性效应；days：天数；lesionarea：创口面积；hours：小时；control：对照组；absorptionofod450nm：450nm处吸光度。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅限于此。

实施例1cqds/g-c3n4的制备

1、石墨相氮化碳(graphitecarbonnitride，g-c3n4)的合成

将尿素(30g)置于带有盖子的陶瓷坩埚中，并在550℃下煅烧2小时，加热速率为4℃/min，获得浅黄色粉末，即为g-c3n4。

2、碳量子点(carbonquantumdots，cqds)的合成

将3g柠檬酸和1ml乙二胺溶解在30ml去离子水中，得到混合溶液i；再将混合溶液i转移到50ml水热合成反应釜中，并在200℃下加热5小时；反应后，将反应器自然冷却至室温，在80℃下干燥24小时，得到的深棕色粉末，即为碳量子点。

3、碳量子点-类石墨相氮化碳(cqds/g-c3n4)的合成

将6mgcqds与30ml水混合，得到混合溶液ii，再将200mgg-c3n4分散在混合溶液ii中；在60℃的温度下搅拌浸渍12小时后，再在80℃下干燥，得到相应的产物碳量子点-类石墨相氮化碳(cqds/g-c3n4)。

产品碳量子点-类石墨相氮化碳(cqds/g-c3n4)的测试：

(1)对上述产物碳量子点-类石墨相氮化碳(cqds/g-c3n4)进行x光谱衍射和电镜观察，结果如图1所示。

结果发现：在cqds加入过程中，g-c3n4结构得到了很好的保留，材料合成成功(见图1)。

对于g-c3n4和cqds/g-c3n4，在12.8°和27.6°处的典型x射线衍射(xrd)强峰对应于层状g-c3n4的(100)和(002)衍射面，这表明在碳量子点的负载过程中，g-c3n4的结构得到了很好的保留。与g-c3n4类似，cqds/g-c3n4呈现出超薄纳米片结构。对于cqds/g-c3n4样品，图1d呈现出图1c所圈出的碳量子点所相对应的晶格条纹，其晶面间距为这归因于石墨碳的[101]晶面。

(2)用hr800光谱仪和thermoscientificescalab250光谱仪对cqds/g-c3n4进行检测。

拉曼测量通过配备633nmhe-ne激光源的hr800光谱仪(horibajobinyvoninc.，france)测得。使用具有单色al-kα源(hν＝1486.6ev)的thermoscientificescalab250光谱仪(thermofisherscientific，usa)进行xps的测定，并且所有结合能以c1s峰284.4ev做为参考。

图2说明，在cqds/g-c3n4的拉曼光谱中也可以发现1336和1556cm^-1处的两个石墨碳的特征峰。在高分辨率c1s光谱的两个样品中都可以看到288.3ev和284.9ev的特征峰，分别证明了sp²碳(n-c＝n)和石墨碳的存在。此外，在用cqd修饰后，在286.3ev的峰归因于碳量子点的sp²杂化碳。这表明碳量子点的负载成功。

(3)采用hitachiuh4150uv-visible可见光分光光度计在200-800nm的波长范围内检测cqds/g-c3n4的紫外可见吸收光谱；采用edinburghinstrumentsfls980检测光致发光光谱，激发波长为380nm；使用biologic电化学工作站在0.1mna2so4和0.1mna2so3的混合溶液中检测cqds/g-c3n4的电化学阻抗谱，其中极化点位为10mv，频率范围为100khz至100mhz。瞬态光电流响应在0.1mna2so4和0.1mna2so3的混合溶液中进行检测，每隔10s转换一次黑暗或光照条件。

结果发现：与g-c3n4相比，cqds/g-c3n4对光谱的利用范围增加，具有更好的电荷转移性质，光电流密度更高。(见图3)

实施例2碳量子点-类石墨相氮化碳(cqds/g-c3n4)在杀金黄色葡萄球菌中的作用

1、将cqds/g-c3n4与sa相互作用，检测sa的存活量。每隔20分钟进行取样，用标准平板计数法计算sa存活数。

将金黄色葡萄球菌在胰蛋白酶大豆肉汤(tsb)培养基中培养，然后重悬于磷酸盐缓冲液(pbs，0.01m，ph7.4)中以构建最终的金黄色葡萄球菌悬浮液(10⁷cfuml^-1)。对于每次杀菌实验，将50ml金黄色葡萄球菌悬浮液和50mg光催化剂粉末混合于烧杯中。将细菌和光催化剂在室温下在磁力搅拌器上进行均匀混合，同时用配备有uv截止滤光器(λ<400nm)的300w氙灯照射。该过程中的照度控制在～100mwcm^-2。随着反应的进行，以预定的间隔小心地移液混合物，并通过平板计数法测定细菌浓度。

结果发现：光照条件下，cqds/g-c3n4与sa作用后，sa的数量显著下降(见图4)

2、将cqds/g-c3n4与sa相互作用，检测sa的活性氧基团和钾离子泄露水平。

将金黄色葡萄球菌在胰蛋白酶大豆肉汤(tsb)培养基中培养，然后重悬于磷酸盐缓冲液；对于每次杀菌实验，将50ml金黄色葡萄球菌悬浮液和50mg光催化剂粉末混合于烧杯中。将细菌和光催化剂在室温下在磁力搅拌器上进行均匀混合，同时用配备有uv截止滤光器(λ<400nm)的300w氙灯照射。该过程中的照度控制在～100mwcm^-2。

胞内活性氧水平：通过2'，7'-二氯荧光素二乙酸酯(dcfh-da)测定测量细胞内ros水平，将2ml经照射的细菌悬浮液与dcfh-da在黑暗中于37℃温育30分钟。然后将样品重悬于pbs溶液中并通过酶标仪分析，其中激发波长为488nm，发射波长为525nm。

钾离子泄露水平：用于表征细胞膜通透性，胞外钾离子浓度越高，细胞膜通透性越大。将特定时间所取4ml经辐照的细菌悬浮液样品4000×g离心10min，上清液过0.22μm滤膜，使用原子吸收光谱仪测定胞外钾离子浓度。

结果发现：与g-c3n4组比较，cqds/g-c3n4组sa的胞内活性氧水平和细胞膜通透性明显上升。(见图5)

实施例3碳量子点-类石墨相氮化碳(cqds/g-c3n4)在修复金黄色葡萄球菌感染皮肤中的作用

1、将6-8周龄的c57bl/6雌鼠分为未用药组、cqds/g-c3n4组以及g-c3n4组。

首先，配制1.5％异戊巴比妥钠溶液，以120μl/20g的量给小鼠进行腹腔注射麻醉，构建sa皮肤感染模型。

然后，在各组小鼠背部皮肤造80mm²面积的无菌创口，将1×10⁷cfu的金葡菌涂抹在窗口处，随后分别在背后敷100mg的cqds/g-c3n4或g-c3n4，光照条件下照射2个小时。

观察各组皮肤疤痕的面积和细菌载量。

结果发现：与g-c3n4组相比，cqds/g-c3n4组小鼠皮肤疤痕愈合更快(见图6)。

2、将cqds/g-c3n4敷于小鼠未感染皮肤处，观察对皮肤的影响，同时采用cck8方法观察cqds/g-c3n4对人皮肤角质层细胞系hacat的毒性作用。

将6-8周龄的c57bl/6雌鼠分为未用药组、cqds/g-c3n4组以及g-c3n4组。在各组小鼠背部皮肤造80mm²面积的无菌创口，随后分别在背后敷100mg的cqds/g-c3n4和g-c3n4，光照条件下照射2个小时。

体外部分，分别将不同浓度(10μl；1mgml^-1,5mgml^-1,10mgml^-1)的cqds/g-c3n4和g-c3n4作用于hacat细胞(90μl,1×10⁴cell/well)，用cck8试剂盒检测不同作用时间两种材料对hacat细胞的毒性效应。

结果发现：体内体外实验均显示cqds/g-c3n4对皮肤均无毒副作用。(见图7)。