本發(fā)明屬于抗菌生物催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種具有光熱轉(zhuǎn)換能力的二維抗菌生物催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)細(xì)菌感染的病患群體數(shù)量非常龐大。臨床治療中，長(zhǎng)期使用抗生素極易導(dǎo)致細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，從而增加治療的難度。細(xì)菌耐藥性的不斷增強(qiáng)削弱了很多傳統(tǒng)抗生素的治療效果，細(xì)菌感染難以被控制，導(dǎo)致較高死亡率和經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)人類(lèi)健康和世界公共衛(wèi)生造成了嚴(yán)重威脅。針對(duì)以上問(wèn)題，人們需要開(kāi)發(fā)新型非抗生素策略來(lái)應(yīng)對(duì)抗菌方面的難題。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)能夠模擬天然酶催化產(chǎn)活性氧(ros)的仿酶納米材料料可殺滅細(xì)菌并破壞生物膜，在抗耐藥菌治療領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。然而，一方面，致病菌容易定植在物體表面，形成難以清除的生物膜，其內(nèi)細(xì)菌分泌的胞外聚合物(eps)可能會(huì)隔斷生物膜上的納米材料，降低抗菌效率；另一方面，ros壽命短極易猝滅，在溶液中遷移距離短，而現(xiàn)有仿酶材料界面與細(xì)菌相互作用較弱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)原位高效ros抗菌。本研究聚焦于通過(guò)增強(qiáng)ros在生物膜的遞送來(lái)解決這一難題。

2、在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，除了物理結(jié)構(gòu)外，還有多種方法可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的遞送。其中，光/熱致孔洞技術(shù)是一種有效的方法。該方法利用激光產(chǎn)生的局部熱效應(yīng)，引起脂質(zhì)雙分子層的局部相變或整體蛋白變性，在細(xì)胞膜上形成微小孔洞，使得外來(lái)物質(zhì)可以進(jìn)入細(xì)胞。在抗生物膜研究中，可以利用相同的光熱遞送的方法克服eps和內(nèi)部細(xì)菌膜結(jié)構(gòu)兩層屏障，增強(qiáng)生物膜以及細(xì)菌膜結(jié)構(gòu)的通透性，使得ros可以更有效地達(dá)到細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)生物膜內(nèi)部細(xì)菌的殺滅。而要使用光熱遞送ros來(lái)對(duì)抗附著在表面的致病菌生物膜，需要考慮以下因素：(1)材料需要提供盡量大的與生物膜的接觸面積，以充分發(fā)揮材料光熱增強(qiáng)生物膜和細(xì)菌膜結(jié)構(gòu)通透性的需求。(2)應(yīng)該充分設(shè)計(jì)材料催化位點(diǎn)，以進(jìn)一步提高其催化產(chǎn)ros效果。超薄二維(2d)材料的高表面/體積比為構(gòu)筑和暴露更多的ros活性位點(diǎn)提供了機(jī)會(huì)，其高表面利用效率可以增強(qiáng)它們?cè)谛〕叨缺砻嫔系南嗷プ饔?，增大與生物膜的接觸面積。因此，基于ros的光熱2d片層納米系統(tǒng)非常適合用于以增強(qiáng)生物膜通透性的ros催化遞送抗菌。

3、因此，本領(lǐng)域存在對(duì)于開(kāi)發(fā)新的基于ros的光熱2d片層納米系統(tǒng)的未滿(mǎn)足的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問(wèn)題，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種具有光熱轉(zhuǎn)換能力的二維抗菌生物催化劑(在本文簡(jiǎn)寫(xiě)為feo-mos2)，所述二維抗菌生物催化劑是摻雜有fe單原子并引入了o原子以與所述金屬配位的2d?mos2納米片。

2、進(jìn)一步地，所述摻雜有fe單原子并引入了o原子以與fe配位的2d?mos2納米片具有1t相結(jié)構(gòu)，并且包含fe-o、fe-s和fe-mo配位結(jié)構(gòu)。

3、進(jìn)一步地，所述二維抗菌生物催化劑如下制備：

4、(1)femo6o24前驅(qū)體的制備：將(nh4)6mo7o24·4h2o與fe鹽在水中在加熱和ph?2.5～3的條件下反應(yīng)，得到femo6o24前驅(qū)體；

5、(2)二維抗菌生物催化劑feo-mos2的制備：將femo6o24前驅(qū)體與硫代乙酰胺在水中在加熱的條件下反應(yīng)，得到二維抗菌生物催化劑feo-mos2。

6、進(jìn)一步地，步驟(1)中所述fe鹽包括fe(no3)3·9h2o。

7、進(jìn)一步地，步驟(1)所述反應(yīng)在80-100℃下進(jìn)行。

8、進(jìn)一步地，步驟(1)所述反應(yīng)進(jìn)行1-5h。

9、進(jìn)一步地，步驟(1)還包括在反應(yīng)完成后通過(guò)過(guò)濾收集粗產(chǎn)物，并將其在熱水中重結(jié)晶，然后進(jìn)行干燥處理。

10、進(jìn)一步地，步驟(2)所述反應(yīng)在160-200℃下進(jìn)行。

11、進(jìn)一步地，步驟(2)所述反應(yīng)進(jìn)行12-36h。

12、進(jìn)一步地，步驟(2)還包括在反應(yīng)完成后收集反應(yīng)產(chǎn)物，并對(duì)其進(jìn)行洗滌和干燥。

13、在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如本文所述的具有光熱轉(zhuǎn)換能力的二維抗菌生物催化劑在制備仿酶制劑中的應(yīng)用。

14、進(jìn)一步地，所述仿酶制劑是仿過(guò)氧化物酶制劑和/或仿鹵素過(guò)氧化物酶制劑。

15、在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如本文所述的具有光熱轉(zhuǎn)換能力的二維抗菌生物催化劑在制備抗菌體系中的應(yīng)用。

16、進(jìn)一步地，所述抗菌體系可以是抗生物膜的抗菌體系。

17、進(jìn)一步地，所述抗菌體系還包括h2o2。

18、進(jìn)一步地，所述抗菌體系還包括近紅外光照體系。

19、優(yōu)選地，所述抗菌體系還包括h2o2和近紅外光照體系。

20、在另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了如本文所述的具有光熱轉(zhuǎn)換能力的二維抗菌生物催化劑聯(lián)合h2o2在制備抗菌體系中的應(yīng)用。

21、進(jìn)一步地，所述抗菌體系可以是抗生物膜的抗菌體系。

22、在另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了如本文所述的具有光熱轉(zhuǎn)換能力的二維抗菌生物催化劑聯(lián)合近紅外光照體系在制備抗菌體系中的應(yīng)用。

23、進(jìn)一步地，所述抗菌體系可以是抗生物膜的抗菌體系。

24、在另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了如本文所述的具有光熱轉(zhuǎn)換能力的二維抗菌生物催化劑聯(lián)合h2o2和近紅外光照體系在制備抗菌體系中的應(yīng)用。

25、進(jìn)一步地，所述抗菌體系可以是抗生物膜的抗菌體系。

26、在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種抗菌體系，其包括本文所述的具有光熱轉(zhuǎn)換能力的二維抗菌生物催化劑。

27、優(yōu)選地，所述抗菌體系還包括h2o2。

28、優(yōu)選地，所述抗菌體系還包括近紅外光照體系。

29、優(yōu)選地，所述抗菌體系還包括h2o2和近紅外光照體系。

30、優(yōu)選地，所述抗菌體系是抗生物膜的抗菌體系。

31、如本文所用，所述近紅外光照體系包括近紅外激光器。

32、進(jìn)一步地，所述近紅外激光器的功率密度為1-5w·cm-2，照射距離為1-10cm，照射時(shí)間為1-10min。

33、進(jìn)一步地，所述h2o2可以是濃度為0.1-0.5mm的h2o2水溶液。

34、本發(fā)明的有益效果

35、本發(fā)明通過(guò)多金屬氧酸鹽模板法，在2d?mos2納米片上設(shè)計(jì)了o配位的fe單原子位點(diǎn)(feo-mos2)，提高了材料的ros催化性能，并利用光熱穿孔效應(yīng)使得ros可以更有效地遞送到生物膜內(nèi)部的細(xì)菌表面，實(shí)現(xiàn)生物膜中細(xì)菌的殺滅。當(dāng)催化h2o2時(shí)，它的vmax值(1.57×10-7m·s-1)和ton值(4.03×10-3s-1)，優(yōu)于大部分已報(bào)道的金屬氧化物、單原子催化劑和金屬納米顆粒。xps和xas的結(jié)果顯示o原子的引入縮短了fe原子和mo原子之間的距離，調(diào)節(jié)了feo-mos2的能帶結(jié)構(gòu)，可能優(yōu)化了催化反應(yīng)過(guò)程。同時(shí)，在808nm的近紅外光照射下，feo-mos2具有光熱轉(zhuǎn)換的效果，細(xì)菌實(shí)驗(yàn)表明，feo-mos2結(jié)構(gòu)可以使細(xì)菌膜外多聚物基質(zhì)變得疏松，同時(shí)光熱響應(yīng)能力會(huì)引起細(xì)菌脂質(zhì)結(jié)構(gòu)局部相變，在細(xì)胞膜上形成微小孔洞，使得材料催化產(chǎn)生的ros可以被高效遞送到細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，材料具有與萬(wàn)古霉素相當(dāng)?shù)膫谔幚砟芰?。這種具有光熱效果的ros催化活性的二維納米片層結(jié)構(gòu)將成為非抗生素抗生物膜策略的潛在候選者。