含金属离子的纳米材料的制备方法及应用

本发明属于生物化学中的纳米材料，涉及含金属离子的纳米材料的制备方法及应用，具体涉及含一系列金属离子的纳米材料在制备抗多药耐药细菌感染药物中的用途。

背景技术：

1、抗生素的发现解决了微生物感染的问题，但由于抗生素的过度滥用，导致由耐多药细菌引起的传染病日益增多，给患者带来了极大的危害。耐药细菌细胞膜发生了变化，降低了膜对药物的通透性，阻断了药物的跨膜转运，又或是细菌外排泵的变化显著增加了药物的排出，降低了细菌细胞内药物浓度，此外，作为细菌抵抗外界攻击的屏障的细菌生物膜也会增加细菌的耐药性。传统抗生素对耐药细菌和真菌的作用越来越有限。有报告指出全球每年约有70万人死于耐药细菌感染，并预计这一数字将在未来几年内继续增长，耐药细菌感染将成为世界各地的主要死亡原因之一。因此，迫切需要新型抗菌剂来缓解这一问题。

2、近年来纳米技术发展势头迅猛，利用纳米技术解决耐药菌感染，特别是多重耐药菌感染问题，展现出了广阔的临床转化前景。根据国际标准化组织(the intermnationalorganization for standardization)的定义，纳米材料是外部尺寸在1至100nm之间的材料。纳米材料的表面积与体积之比非常大，因此他们的物理化学特性和生物学特性与相应的普通材料有着明显的不同。特别需要指出的是，纳米颗粒(nanoparticles,nps)由于其广泛的抗菌谱和几乎可忽略的抗生素耐药倾向而十分有望成为新一代的抗菌剂，并己成为目前商业化最广泛的纳米材料之一，在伤口敷料，纺织品，化妆品，癌症治疗，保健产品，水处理，电子设备，角膜替代品等领域有着非常广泛的应用。例如，服装纺织品由于与皮肤紧密接触而为微生物创造了温暖潮湿的环境，汗液浸湿的织物是细菌生长繁殖的理想温床。因此，人们将银纳米颗粒涂覆在织物的表面，这种抗菌织物可以有效抑制细菌的粘附和生长；带有银纳米颗粒的医用敷料也在临床上用于预防细菌感染，加速伤口愈合。

3、在美国，将胶态银和硝酸银形式的银纳米颗粒用作杀菌剂已有100多年的历史了。银纳米颗粒可有效的杀死革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌，但其对革兰氏阴性细菌菌株比革兰氏阳性细菌更有效，因为革兰氏阳生细菌表面具有层细胞膜，并且细胞壁相对较厚，由几个肽聚糖层(20-80nm)组成，而革兰氏阴性细菌具有脂多糖(lipopolysaccharide,lps)的外层，然后是薄的肽聚糖层和最内层的质膜，目前认为纳米颗粒杀菌的机制可能主要有以下几种：(1)纳米级别的nps具有极大的比表面积，从而大大增加了纳米材料与微生物的接触面积，纳米粒子可以附着在细胞膜上，也可以渗透到细菌内部发挥作用。(2)含金属离子的纳米颗粒或金属离子可以与细菌细胞膜中的含硫蛋白质结合，也可以与细菌细胞内的含磷化合物结合，如dna等，从而破坏细胞功能。(3)含金属离子的纳米颗粒或金属离子可以直接攻击细菌线粒体的氧化呼吸链并导致细胞死亡。(4)含金属离子的纳米颗粒进入细菌细胞后，在ph较低的情况下可以连续释放金属离子，这可能会产生大量的自由基并促进氧化应激，从而进一步增强其杀菌活性。尽管目前对含金属离子的纳米颗粒的杀菌机理仍存在争议，但现学界已逐渐接受含金属离子的纳米颗粒抗菌作用主要是由于从颗粒表面释放的金属离子，而不是含金属离子的纳米颗粒本身的直接作用。因此，研究人员认为可以通过调节金属离子的释放来控制nps的抗菌活性，并且可以减轻对环境的影响，如可以通过控制氧气的利用率，颗粒大小，形状和或涂层的类型等来实现银离子释放的调控。

4、另有研究表明，含金属离子的纳米颗粒的抗菌性能取决于其大小和形状，具有较大比表面积的较小尺寸的含金属离子的纳米颗粒表现出更好的抗菌活性，含金属离子的纳米颗粒的抗菌功效还取决于纳米颗粒的形状，这可以通过研究不同形状的纳米颗粒对细菌生长的抑制来证实：据相关报道，截断的三角形纳米颗粒在银含量为1μg时即显示出细菌抑制作用，而对于球形纳米颗粒，需银含量达到12.5μg,棒状颗粒则总共需要高达50-100μg的银含量，由此可见不同形状的银纳米颗粒对细菌细胞的作用也不同。然而，由于银纳米颗粒的表面能(surface energy)较高，它们倾向于聚集成大的颗粒，导致银离子的释放大大减慢，并且其杀菌效果急剧下降。更不利的是，研究表明较小尺寸的银纳米颗粒实际上更易于形成团聚体，这就大大限制了ag nps的实际应用。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供具有广谱高效的抗菌活性和极低的溶血活性以及具有不利于团聚性质的含金属离子的纳米材料及其应用。本发明提出含不同金属离子的纳米材料，所述系列含金属离子的纳米材料均由白色的八面沸石分子筛粉末制备而成，ph＝7时均带正电荷。

2、本发明进一步提出了上述含不同金属离子的纳米材料的制备方法，采用分子筛层析法合成并纯化，同时提出了含不同金属离子的纳米材料在制备抗菌药中的用途。

3、本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

4、含金属离子的纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)八面沸石分子筛粉末的制备；

6、(2)将硝酸银溶解到水中，将步骤(1)合成的八面沸石粉末分散到配置的硝酸银水溶液中进行离子交换，待温度降至室温后，用超纯水进行超声水洗后进行干燥。

7、进一步的，所述步骤(2)的具体操作方法为：

8、称取42.3-296.1mg硝酸银溶解到100ml去离子水中，称取1g步骤(1)合成的八面沸石粉末分散到配置的硝酸银水溶液中，在黑暗条件下置于50℃的机械摇床中，以150r/min的速度进行15min的离子交换；待温度降至室温后，用超纯水进行超声水洗，直至将稀盐酸滴入清洗液中，没有白色沉淀生成，再以氮气吹干的方式进行干燥，得到抗菌型银基分子筛材料。

9、在本发明的另一个实施例中，步骤(2)具体为：

10、称取340mg硝酸银，60.4mg三水合硝酸铜溶解到到15ml去离子水中，将1g步骤(1)合成的八面沸石粉末分散到配置的硝酸锌水溶液中，置于60℃油浴中搅拌两小时进行离子交换；待温度降至室温后，用超纯水进行超声水洗，置于80℃真空烘箱中干燥12h，得到抗菌型银铜复合分子筛材料。

11、进一步的，所述步骤(1)的具体操作方法为：

12、取2.52g氢氧化钠溶解到20ml水中，大力搅拌，直至氢氧化钠全部溶解，将102mg铝片切割成0.25cm2的碎片后，在搅拌条件下加入到配置好的氢氧化钠水溶液中，搅拌至溶液澄清，缓慢加入4.67g硅溶胶，室温条件下陈化4小时，将陈化后的溶液转移至带有四氟乙烯内胆的水热釜中，置于100℃烘箱中晶化处理12h，离心分离后，用去离子水洗至溶液ph值为7后，置于80℃烘箱中干燥12h，即可获得白色的八面沸石分子筛粉末。

13、含金属离子的纳米材料的应用，应用领域包括纺织品、滤膜、滤芯、塑料、涂料、陶瓷等方面的应用。

14、所述抗菌型银基分子筛材料和所述抗菌型银铜复合分子筛材料还可用于制备抗菌药物。

15、所述抗菌型银基分子筛材料主要应用在制备抑制耐药表皮葡萄球菌、耐药鲍曼不动杆菌、耐药肺炎克雷伯菌、耐药阴沟肠杆菌、白色念珠菌中的任何一种或两种以上的药物。

16、所述抗菌型银铜复合分子筛材料主要应用在制备抑制耐药金黄色葡萄球菌、耐药大肠杆菌、耐药阴沟肠杆菌、耐药铜绿假单胞菌、耐药鲍曼不动杆菌中的任何一种或两种以上的药物。

17、本发明与现有技术相比的有益效果是：

18、本发明中的含不同金属离子的纳米材料为人工合成，具有分子量小、人工合成方便，杀菌作用强、抗菌谱广、溶血活性低、不利于团聚等优点，具有广泛的应用前景。