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新型抗菌剂用于细菌感染的光热及纳米酶联合治疗研究

新型抗菌剂用于细菌感染的光热及纳米酶联合治疗研究

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作者：石倩倩合肥工业大学

学位级别：硕士

细菌感染已成为当今世界人类健康的一大威胁。传统抗菌手段是采用抗生素杀菌,然而传统抗生素的长期使用不仅会导致药物疗效下降,还会导致细菌耐药性不断增强。因此,开发不易产生耐药性的新型抗菌策略迫在眉睫。近年来,纳米酶(Nanozymes... 详细信息

细菌感染已成为当今世界人类健康的一大威胁。传统抗菌手段是采用抗生素杀菌,然而传统抗生素的长期使用不仅会导致药物疗效下降,还会导致细菌耐药性不断增强。因此,开发不易产生耐药性的新型抗菌策略迫在眉睫。近年来,纳米酶(Nanozymes)凭借广谱抗菌性及可忽略的生物毒性被称为“新一代抗生素”。然而,固有的低催化活性导致单独的纳米酶疗法无法实现较为彻底的杀菌,从而限制了它在抗菌领域的应用。另外,光热疗法(Photothermal therapy,PTT)凭借局部高热杀菌,具有高选择性且不易产生耐药性,但是过高的温度会损伤病灶周围的正常组织,为减少副作用而仅使用温和光热疗法又不足以完全杀灭病灶细菌。基于升温能加快化学反应速率这一基本原理,光热-纳米酶联合疗法被认为是一种有前景的抗菌策略。此外,抗菌剂的生物降解仍然是一个难题,开发更为安全高效的联合治疗抗菌剂对于未来抗菌工作的推进具有重要意义。因此,本论文的主要内容及结论分为以下两个部分:1)制备出生物可降解的NiS(定义为:nd)纳米粒子,并将其用作光热-纳米酶联合抗菌剂。该纳米粒子通过一个简单的溶剂热反应制得,所得的纳米粒子区展现出较强的近红外光吸收和较高的光热转换效率(43.8%),同时该纳米粒子还具有卓越的类过氧化物酶催化活性。在过氧化氢存在条件下,该纳米粒子能促使HO转化生成羟基自由基(·OH);在近红外光的辐照下,该纳米粒子产生的温和光热能促使其催化活性提升,从而实现光热强化的纳米酶抗菌治疗。另外,该纳米粒子还可充当谷胱甘肽过氧化物模拟酶(GSH-P),通过消耗细菌内部的GSH强化抗菌效果。小鼠伤口感染模型抗菌研究表明,该纳米粒子发挥的光热-纳米酶协同抗菌效果显著并有利于伤口愈合。此外,小鼠体内代谢研究表明,该纳米粒子能通过排泄被机体快速清除,证实了该材料优异的生物可降解性及安全性。2)制备出铜单原子/氮掺杂的多孔碳(CuSASs/NPC,定义为:Cu/NPC)纳米粒子,该纳米粒子的合成包括热解-刻蚀-吸附-热解四个步骤,可用于光热-纳米酶联合抗菌治疗。Cu/NPC纳米粒子具有优异的类过氧化物酶催化活性、GSH消耗功能及光热性能。当存在过氧化氢时,该纳米粒子能借助其类过氧化物酶活性诱导·OH的产生,在实现一定程度杀菌效果的同时提升细菌对于热损伤的敏感性;当引入近红外光时,该纳米粒子产生温和光热杀灭细菌的同时能提升类过氧化物酶催化活性,促使产生更多的·OH用于杀菌。另外,该纳米粒子所具有的GSH消耗功能,可以进一步强化材料的抗菌效果。体外抗菌研究表明,针对大肠杆菌和耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌,该材料的光热-纳米酶协同抗菌率接近100%;小鼠伤口感染模型抗菌研究表明,该材料对于感染伤口处细菌杀伤效果显著,能明显改善被感染伤口的愈合状况。

关键词：联合抗菌光热治疗纳米酶治疗 nd纳米酶 Cu/NPC纳米酶

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