一种特异性抗葡萄球菌的氮掺杂碳量子点及其制备方法
阅读说明：本技术 一种特异性抗葡萄球菌的氮掺杂碳量子点及其制备方法 (Specific anti-staphylococcus nitrogen-doped carbon quantum dot and preparation method thereof ) 是由 赵成飞 阮志鹏 潘凌鸿 于 2021-01-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供的是一种特异性抗葡萄球菌的氮掺杂碳量子点及其制备方法,以葡萄糖和二乙烯三胺为反应底物通过“一步法”合成具有特异性抗葡萄球菌的氮掺杂碳量子点。本发明制备工艺简单,反应底物廉价,合成反应容易,且所得氮掺杂碳量子点具有特异性抗葡萄球菌活性,可以用于葡萄球菌(包括金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA))感染创面的治疗。(The invention provides a specific staphylococcus-resistant nitrogen-doped carbon quantum dot and a preparation method thereof, wherein the specific staphylococcus-resistant nitrogen-doped carbon quantum dot is synthesized by a one-step method by taking glucose and diethylenetriamine as reaction substrates. The preparation method is simple in preparation process, cheap in reaction substrate and easy in synthesis reaction, and the obtained nitrogen-doped carbon quantum dots have specific anti-staphylococcus activity and can be used for treating the infection wound surfaces of staphylococcus (including staphylococcus aureus, staphylococcus epidermidis and methicillin-resistant staphylococcus aureus (MRSA)).)
技术领域
本发明属于碳纳米材料抗菌技术领域，具体涉及一种特异性抗葡萄球菌的氮掺杂碳量子点的制备方法。
背景技术
碳量子点是一种粒径小于10纳米的新型碳纳米材料，其主要以有机物作为前体底物通过“自下而上”的策略合成。在诸多碳纳米材料中，属于零维碳纳米材料的碳量子点具有独特的形态、大小、表面功能基团和物理化学特性，在制备过程中容易掺杂其他元素（如氮、氧、硫），并能够根据需求方便地设计和制备具有不同性质的碳量子点。与其他碳纳米材料（如石墨烯）和半导体量子点（如CdSe量子点）相比较，碳量子点在异元素掺杂、表面修饰和水溶性方面具有明显的优势，通常具有更好的生物相容性，而且可与生物系统相互作用，展现出特定的生物学功能，因此在生物医药领域的应用逐渐受到广泛关注。
面对新型抗菌药物的研发困境，国内外学者研究发现以特定有机物作为反应底物在特定条件下制备的碳量子点具有一定的抗菌活性，并且可以通过改变掺杂元素及其含量使碳量子点具备特定的抗菌活性，为新型抗菌药物的研发开启了新的研究方向，同时为解决细菌耐药性越来越严重的问题提供更多选择。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特异性抗葡萄球菌的氮掺杂碳量子点的制备方法，其制备工艺简单，反应底物廉价，合成反应容易，且所得氮掺杂碳量子点具有特异性抗葡萄球菌活性，可以用于葡萄球菌（包括金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA））感染创面的治疗。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种特异性抗葡萄球菌的氮掺杂碳量子点的制备方法：以葡萄糖和二乙烯三胺为反应底物通过“一步法”合成具有特异性抗葡萄球菌的氮掺杂碳量子点。
具体包括如下步骤：
（1）精确称取2 g葡萄糖粉末置于50 mL的圆底烧瓶中，150-160℃条件下加热20min进行熔融，得到熔融状态的葡萄糖；
（2）葡萄糖粉末熔融后，加入2 mL二乙烯三胺继续在150-160℃条件下磁力搅拌反应20 min，得到黑色固体产物；
（3）将上述黑色固体产物冷却至室温，加入2 mL去离子水使其溶解，得到产物溶液；
（4）随后用10 mmol/L盐酸调节产物溶液pH值到7，并用去离子水稀释至4 mL，然后用0.22 μm滤膜过滤，得到初滤液；
（5）将初滤液置于超滤离心管（3000 MWCO）中7500 rpm离心10-30 min，弃去滤液，再加入2 mL去离子水混匀7500 rpm离心10-30 min，弃去滤液，如此再重复离心操作3次，收集上层液体；
（6）离心处理后，取上层液体进行冷冻干燥24 h，得到氮掺杂碳量子点粉末。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点和效果：
（1）本发明以葡萄糖和二乙烯三胺为反应底物通过“一步法”成功制备了粒径在2~5 nm范围的氮掺杂碳量子点，合成工艺简单，制备成本低廉；
（2）本发明所得氮掺杂碳量子点对葡萄球菌属（包括金黄色葡萄球菌（ATCC6538）、金黄色葡萄球菌（ATCC43300）、表皮葡萄球菌和MRSA）具有选择性的抗菌活性，即能对葡萄球菌属产生特异的抗菌作用。
附图说明
图1本发明实施例1所得氮掺杂碳量子点的透射电子显微镜（TEM）图。
图2本发明实施例1所得氮掺杂碳量子点的原子力显微镜（AFM）图。
图3本发明实施例1所得氮掺杂碳量子点在AFM图中的高度图。
图4本发明实施例1所得氮掺杂碳量子点的傅里叶变换红外光谱（FTIR）图。
图5本发明所得氮掺杂碳量子点对金黄色葡萄球菌（ATCC6538）的抑菌效果。
图6本发明所得氮掺杂碳量子点对金黄色葡萄球菌（ATCC3300）的抑菌效果。
图7本发明所得氮掺杂碳量子点对表皮葡萄球菌的抑菌效果。
图8本发明所得氮掺杂碳量子点对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的抑菌效果。
图9在正常培养基中的金黄色葡萄球菌的TEM图。
图10在含有本发明实施例1所得氮掺杂碳量子点的培养基中的金黄色葡萄球菌的TEM图。
图11在正常培养基中的MRSA的TEM图。
图12在含有本发明实施例1所得氮掺杂碳量子点的培养基中的MRSA的TEM图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不局限于此。
实施例1
（1）精确称取2 g葡萄糖粉末置于50 mL的圆底烧瓶中，150 ℃条件下加热20 min进行熔融，得到熔融状态的葡萄糖；
（2）葡萄糖粉末熔融后，加入2 mL二乙烯三胺继续在150 ℃条件下磁力搅拌反应20 min，得到黑色固体产物；
（3）将上述黑色固体产物冷却至室温，加入2 mL去离子水使其溶解，得到产物溶液；
（4）随后用10 mmol/L盐酸调节产物溶液pH值到7，并用去离子水稀释至4 mL，然后用0.22 μm滤膜过滤，得到初滤液；
（5）将初滤液置于超滤离心管（3000 MWCO）中7500 rpm离心30 min，弃去滤液，再加入2 mL去离子水混匀7500 rpm离心30 min，弃去滤液，如此再重复离心操作3次，收集上层液体；
（6）离心处理后，取上层液体进行冷冻干燥24 h，得到氮掺杂碳量子点粉末，记为M1。
图1、图2和图3分别为氮掺杂碳量子点的TEM图、AFM图和氮掺杂碳量子点在AFM图中的高度剖面图，从图中可以看出本发明所得氮掺杂碳量子点具有较好的分散性和均一性，粒径约为5 nm。图4为氮掺杂碳量子点的FTIR图，从图中可以看出本发明所得氮掺杂碳量子点表面含有氨基（-NH-或-NH2）羧基（-COOH）和羟基（-OH）等基团。
实施例2
（1）精确称取2 g葡萄糖粉末置于50 mL的圆底烧瓶中，155 ℃条件下加热20 min进行熔融，得到熔融状态的葡萄糖；
（2）葡萄糖粉末熔融后，加入2 mL二乙烯三胺继续在155 ℃条件下磁力搅拌反应20 min，得到黑色固体产物；
（3）将上述黑色固体产物冷却至室温，加入2 mL去离子水使其溶解，得到产物溶液；
（4）随后用10 mmol/L盐酸调节产物溶液pH值到7，并用去离子水稀释至4 mL，然后用0.22 μm滤膜过滤，得到初滤液；
（5）将初滤液置于超滤离心管（3000 MWCO）中7500 rpm离心30 min，弃去滤液，再加入2 mL去离子水混匀7500 rpm离心30 min，弃去滤液，如此再重复离心操作3次，收集上层液体；
（6）离心处理后，取上层液体进行冷冻干燥24 h，得到氮掺杂碳量子点粉末，记为M2。
实施例3
（1）精确称取2 g葡萄糖粉末置于50 mL的圆底烧瓶中，160 ℃条件下加热20 min进行熔融，得到熔融状态的葡萄糖；
（2）葡萄糖粉末熔融后，加入2 mL二乙烯三胺继续在160 ℃条件下磁力搅拌反应20 min，得到黑色固体产物；
（3）将上述黑色固体产物冷却至室温，加入2 mL去离子水使其溶解，得到产物溶液；
（4）随后用10 mmol/L盐酸调节产物溶液pH值到7，并用去离子水稀释至4 mL，然后用0.22 μm滤膜过滤，得到初滤液；
（5）将初滤液置于超滤离心管（3000 MWCO）中7500 rpm离心30 min，弃去滤液，再加入2 mL去离子水混匀7500 rpm离心30 min，弃去滤液，如此再重复离心操作3次，收集上层液体；
（6）离心处理后，取上层液体进行冷冻干燥24 h，得到氮掺杂碳量子点粉末，记为M3。
应用实施例
细菌培养与菌液配制方法
所有试验细菌首先通过平板划线法接种于血琼脂平板上在生化培养箱中（35℃）培养得到单个菌落，用接种环挑取单个菌落接种于灭菌生理盐水（0.9%氯化钠溶液）中得到菌悬液，通过紫外可见分光光度计测定并调节菌悬液的OD600值为0.1，以得到1.5×108CFU/mL的菌悬液。
纸片扩散实验方法
用无菌医用棉签将浓度为1.5×108 CFU/mL的菌悬液均匀涂抹于MH琼脂培养基（Φ=90 mm）上，再放置含有测试氮掺杂碳量子点的药敏纸片（Φ=6 mm），每个药敏纸片中心之间距离至少24 mm。在生化培养箱（35℃）中培养18小时后，拍照并用游标卡尺测定每个药敏纸片周围抑菌圈的直径。
图5、图6、图7和图8分别为实施例 1-3所得氮掺杂碳量子点对金黄色葡萄球菌（ATCC6538）、金黄色葡萄球菌（ATCC3300）、表皮葡萄球菌和MRSA的纸片扩散实验，从图中可以看出本发明所得氮掺杂碳量子点对上述四种细菌具有良好的抑菌效果，在MH琼脂平板上形成明显的抑菌圈，且直径均大于15 mm。图9和图11为在正常条件下培养的金黄色葡萄球菌和MRSA，从图中可以看出这两种细菌均具有完整的细胞结构。图10和图12为在含有本发明所得氮掺杂碳量子点的培养基中孵育的金黄色葡萄球菌和MRSA，从图中可以清晰地看出被氮掺杂碳量子点作用后的这两种细菌的细胞壁和细胞膜明显破裂，菌体崩解，胞内物质泄漏，菌体细胞失去完整性。以上结果证明所得氮掺杂碳量子点对葡萄球菌具有良好的抗菌作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：阵列型掺杂多壁碳纳米管及其制备方法和电极材料