过渡金属基组装体的制备及其在细菌生物膜治疗及手性选择性催化的应用

作     者：聂玲玉 

作者单位：曲阜师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：渠凤丽

授予年度：2024年

学科分类：081705[工学-工业催化] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070205[理学-凝聚态物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：细菌生物膜 光动力学疗法 过渡金属 手性选择 

摘      要：细菌感染是影响健康的重要问题之一。抗生素目前被认为是治疗细菌感染的主要策略。然而,长期过度使用常规抗生素促使细菌耐药性出现。在严重细菌感染的部位,细菌彼此粘附,形成细菌生物膜。它的出现为细菌生长提供大量的营养物质并保护细菌免受宿主免疫系统、抗生素和物理清除等影响,进一步促进细菌耐药发生。针对目前日益严重的细菌及细菌生物膜耐药性问题,本论文旨在解决细菌生物膜耐药性问题,开发了一种新型的CTA(Ca-TCPP-AgNPs)复合组装体,该组装体基于光敏剂TCPP与Ca2+的复合,并在其中原位负载AgNPs。CTA复合组装体在光照条件下展现出显著的抗菌活性和生物膜破坏能力。同时,本论文还探索了过渡金属基纳米材料在手性选择性催化中的应用,成功设计并合成了一种铜基手性纳米酶Cu@L-His,该纳米酶的手性催化结构单元表现出对L-酪氨醇的对映选择性。这些发现为抗菌治疗和手性催化提供了新的策略和材料,具有重要的应用前景。主要研究内容如下: 我们将光敏剂TCPP中的卟啉结构与Ca2+配位,通过水热法合成了形状规则的组装Ca-TCPP,然后在Ca-TCPP组装体上原位还原生成AgNPs,制备得到CTA复合组装体。通过SOSG探针和荧光发射光谱检测了 CTA能够在氙灯光源的照射下稳定产生1O2。通过不同功率氙灯光源照射不同浓度的CTA复合组装体并记录温度随时间的变化,显示CTA复合组装体具有良好的光热性能。 利用金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌作为革兰氏阳性菌和阴性菌的代表菌种测试了CTA复合组装体广谱抗菌性能。CTA复合组装体在光照条件下能够破坏细菌生物膜的EPS,有效清除两种细菌生物膜。进一步,CTA复合组装体用于小鼠的细菌感染伤口后,在氙灯光源的照射下,CTA复合组装体能够有效清除生物膜和杀死细菌,降低炎症反应,加速皮肤伤口愈合和胶原沉积,且具有良好的生物安全性。 我们构建了一种铜基手性纳米酶用于手性底物的选择性催化。本部分选择酪氨酸酶的手性催化结构单元构建手性模拟纳米酶,手性氨基酸L-组氨酸作为手性结合和识别中心,与活性金属中心铜结合,设计合成了一种拥有铜组氨酸支架(copper histidine brace)最小功能单元的手性纳米酶(Cu@L-His)。在酪氨醇对映体的氧化反应中,Cu@L-His表现出较好的类过氧化物酶活性,且对L-酪氨醇有一定的选择性。这种选择性可以归因于Cu@L-His对L-酪氨醇具有较强的亲和力和催化活性。Cu@L-His的设计策略源于生物酶的手性催化结构单元,通过改变手性氨基酸的类型和金属活性中心的选择,实现对不同手性底物的高效催化,在很大程度上拓宽了过渡金属基纳米材料的应用领域。