一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料及其制备和应用

本发明涉及材料化学和生物学，具体涉及一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料及其制备和应用。

背景技术：

1、千百年来，细菌感染一直是严重的健康问题。它会导致伤口不愈合、肺炎、软组织感染等各类疾病。抗生素作为传统的治疗方法广泛应用于临床，但是抗生素的不当或过度使用导致多重耐药菌株的出现，严重威胁人类的生命健康。世界卫生组织预测2050年全球因耐药菌死亡人数将达一千万，耐药菌感染将成为最严重的健康危机。因此迫切需要探索可替代的治疗方法对抗细菌感染。

2、面对复杂的细菌微环境，化学动力学抗菌近年来被广泛研究。化学动力学抗菌是利用细菌的微酸环境发挥金属的芬顿或类芬顿作用产生强毒性的羟基自由基进而杀灭细菌。但是单一的治疗模式往往效果不佳。通过与其他疗法比如光热疗法、光动力疗法、饥饿治疗联用发挥协同作用，可以实现1＋1＞2的抗菌效果。cn 114984241 a公开了一种壳聚糖/二氧化锰/葡萄糖氧化酶纳米复合材料，其由壳聚糖纳米微球，以及负载在壳聚糖纳米微球表面的二氧化锰和葡萄糖氧化酶组成，其可以实现饥饿治疗和化学动力学双重抗菌抗肿瘤效果，由于二氧化锰的类fenton作用较弱，且葡萄糖氧化酶暴露在外边，酶活性容易受到影响，进而会影响材料的催化活性。

3、虽然化学动力学以及光热疗法具有替代抗生素治疗的重要意义，但是受到多方面的限制。细菌微环境内源过氧化氢不足，酸度过低都大大降低了化学动力学的抗菌效果。而光热疗法虽然具有优异的抗菌效果，但温度过高往往会损伤正常细胞，影响治疗效果。

4、基于以上背景，本申请公开了一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料，该材料可以利用细菌微环境提供过氧化氢，增大酸度，协同温和光热实现多元协同抗菌。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料及其制备和应用。

2、为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

3、技术主题一

4、一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料，所述复合材料以氢键有机框架为主体，主体内封装有葡萄糖氧化酶，表面吸附有壳聚糖包裹的硫化铜；

5、所述氢键有机框架的构筑单元为1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘。

6、作为本发明的进一步改进，所述复合材料中葡萄糖氧化酶的负载量为2.35%wt-9.97%wt。

7、技术主题二

8、一种如技术主题一所述的基于氢键有机框架的抗菌复合材料的制备方法，包括以下步骤：

9、s1：将1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘溶解于溶剂ⅰ中作为溶液a，将葡萄糖氧化酶分散于水中作为溶液b；

10、s2：将s1所制备的溶液b快速加入溶液a中，搅拌5-10分钟，黑暗下放置20-30分钟，离心、水洗，得到gox@hof；

11、s3：依次将氯化铜、柠檬酸钠加入水中，搅拌均匀，再将硫化钠加入其中，搅拌10-12h，离心、水洗，烘干，得到硫化铜；

12、s4：将s3中得到的硫化铜分散于壳聚糖溶液中进行以1000-1200 rpm搅拌2-4h，离心、水洗，烘干，得到cus@cs；

13、s5：将s2得到的gox@hof和s4得到的cus@cs加入至水中，超声分散均匀，以1200-1500 rpm搅拌10-14h，离心、水洗，得到gox@hof-cus@cs。

14、作为本发明的进一步改进，所述s2中 1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘与葡萄糖氧化酶的质量比为1：0.1-0.7；

15、所述s3中氯化铜：柠檬酸钠：硫化钠的摩尔比为0.9-1.1：0.6-0.9：1；

16、所述s4中硫化铜与壳聚糖的质量比为1：3-8；

17、所述s5中gox@hof与cus@cs的质量比为1：1.5-2.5。

18、作为本发明的进一步改进，溶剂ⅰ选自dmf、dmac、nmp、dmso； s2中溶液a与溶液b的体积比为1：8-10；s5中gox@hof与水的质量体积比为4mg：5-20ml。

19、作为本发明进一步的改进，溶液a中1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘与溶剂ⅰ质量体积比为5mg：400-800 μl；

20、作为本发明的进一步改进，s2中离心转速为12000-13000rpm，离心时间为10-15min；

21、s3中离心转速为13000-15000rpm，离心时间为20-30min；

22、s4中离心转速为13000-15000rpm，离心时间为20-30min；

23、s5中离心转速为11000-13000rpm，离心时间为10-15min。

24、作为本发明的进一步改进，所述s3中柠檬酸钠的浓度为0.1-0.4 mg/ml。

25、作为本发明的进一步改进，s4中壳聚糖溶液是将壳聚糖溶解于0.5-1.5％冰醋酸溶液中，壳聚糖的浓度为5-50 mg/ml。

26、作为本发明的进一步改进，壳聚糖的浓度为5-8 mg/ml。

27、作为本发明的进一步改进，s2中 1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘与葡萄糖氧化酶的质量比为1：0.5；

28、s3中氯化铜：柠檬酸钠：硫化钠的摩尔比为1.05：0.78：1

29、s4中硫化铜与壳聚糖的质量比为1：5；

30、s5中gox@hof与cus@cs的质量比为1：2。

31、技术主题三

32、一种如技术主题一所述基于氢键有机框架的抗菌复合材料在制备抗菌药物中的应用。

33、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

34、本发明公开了一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料，其具有葡萄糖氧化酶活性，可以消耗葡萄糖，发挥饥饿抗菌，产生葡萄糖酸，调节细菌微环境，为化学动力学提供底物。

35、所负载的超小硫化铜具有优异的化学动力学性能和光热性能，通过具有抗菌活性的壳聚糖改性超小硫化铜使其负载到氢键有机框架表面，实现使基于氢键有机框架的抗菌复合材料多元协同抗菌，具有广谱的抗菌活性。

36、本实例中制备的gox@hof-cus@cs封装有葡萄糖氧化酶，具有催化性能稳定性。在808nm的近红外光照射下，该抗菌复合材料对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌以及革兰氏阴性菌大肠杆菌均具有明显的抗菌作用，且经初步评价其具有良好的生物相容性以及血液相容性，为相应抗菌药物的制备奠定了基础。

技术特征：

1.一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料，其特征在于，所述复合材料以氢键有机框架为主体，主体内封装有葡萄糖氧化酶，表面吸附有壳聚糖包裹的硫化铜；

2.根据权利要求1所述的基于氢键有机框架的抗菌复合材料，其特征在于，所述复合材料中葡萄糖氧化酶的负载量为2.35%wt-9.97%wt。

3.一种如权利要求1或2所述的一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料的制备方法，其特征在于，所述s2中 1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘与葡萄糖氧化酶的质量比为1：0.1-0.7；

5.根据权利要求3所述的一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂ⅰ选自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜；s2中溶液a与溶液b的体积比为1：8-10；s5中gox@hof与水的质量体积比为4mg：5-20ml。

6.根据权利要求3所述的一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料的制备方法，其特征在于，s2中离心转速为12000-13000rpm，离心时间为10-15min；

7.根据权利要求3所述的一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料的制备方法，其特征在于，所述s3中柠檬酸钠的浓度为0.1-0.4 mg/ml。

8.根据权利要求3所述的一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料的制备方法，其特征在于，s4中壳聚糖溶液是将壳聚糖溶解于0.5-1.5％冰醋酸溶液中，壳聚糖的浓度为5-50mg/ml。

9.根据权利要求3所述的一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料的制备方法，其特征在于，s2中 1,3,6,8-四(4-羧基苯)芘与葡萄糖氧化酶的质量比为1：0.5；

10.一种如权利要求1或2所述的基于氢键有机框架的抗菌复合材料在制备抗菌药物中的应用。

技术总结
本发明涉及一种基于氢键有机框架的抗菌复合材料及其制备和应用，属于材料化学和生物学技术领域。所述基于氢键有机框架的抗菌复合材料以氢键有机框架为主体，主体上封装有葡萄糖氧化酶，表面吸附有壳聚糖包裹的超小硫化铜，并公开了其制备方法。本申请公开的抗菌复合材料通过化学动力学疗法、光热疗法、饥饿治疗联用发挥抗菌协同作用，具有良好的抗菌效果。经实验验证，本申请公开的抗菌复合材料对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌以及革兰氏阴性菌大肠杆菌均具有明显的抗菌作用，且经初步评价其具有良好的生物相容性以及血液相容性，为相应抗菌药物的制备奠定了基础。

技术研发人员：林玉龙,李少鹏,甘昭阳,吕静雨
受保护的技术使用者：河北医科大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/6