[发明专利]季铵盐化荧光碳点的制备方法及其在抗菌和区分革兰氏阳性菌/阴性菌方面的应用

说明书

本发明提供了一种季铵盐化荧光碳点的制备方法及其在抗菌和区分革兰氏阳性菌/阴性菌方面的应用。其中，所述季铵盐化荧光碳点的制备方法主要包括两步，首先制得表面氨基化的碳点，然后在氨基化碳点表面接枝烷基甜菜碱，得到季铵盐化碳点。所制得的季铵盐化碳点具有良好的水溶液分散性和低细胞毒性，并能够有效抑制和杀死革兰氏阳性菌。此外该季铵盐化碳点具有优良的荧光性质，能够有选择性地使革兰氏阳性菌成像，从而可以有效区分革兰氏阳性菌和阴性菌。

技术领域

本发明涉及纳米材料和纳米医学领域，尤其是水溶性碳点表面季铵盐化及其在抗菌及细菌鉴选领域的应用。

背景技术

近年来，随着抗生素的发展和普及应用，由细菌感染引起的一些病症在很大程度上得到抑制。但由于一些复杂的机理，病原体可以破坏宿主的免疫系统使其产生运输障碍，使得抗生素等小分子抗菌剂不能有效到达患处抑制病菌；与此同时由于抗生素的滥用，细菌的耐药性也引起了广泛的关注，因此开发新型抗菌试剂是现如今面临的紧迫挑战。此外，细菌按照革兰氏染色法可以分为革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌，两者在细胞壁结构上面存在很大差异。区分病原菌是革兰氏阳性菌还是阴性菌，在选择相应抗生素进行治疗方面意义重大。而传统的革兰氏染色法需要用肉眼通过显微镜观察，经常会出现视觉误差，而且操作过于复杂。这就迫切需要我们发展简便、准确的区分革兰氏阴性菌和阳性菌的方法。

而伴随着纳米材料的兴起，纳米材料由于其可修饰性、量子尺寸效应、可通过血脑屏障、透过肾小球血管壁进入尿液(要求小于20nm)等性质使其在生物医药相关领域得到广泛关注。碳基材料由于其良好的生物相容性、低廉的原料、良好的光学性质等优良特点而受到广泛的关注。近年来，各种各样的碳材料(如碳纳米管、石墨烯、富勒烯等)被广泛地应用于生物检测、催化、能源、电子器件以及载药等方面。而荧光碳点作为一种新型的零维的碳材料(<5nm)，具有良好的水溶性、较高的量子产率、易表面修饰的特点，为其在抗菌或抗癌药物载体方面提供了可行性。

另一方面，季铵盐类化合物具有抗菌性能已经被广为人知。烷基甜菜碱(N-alkylbetaine)就是其中的一种重要的季铵盐类化合物，它的四级N原子(quaternary nitrogenatom)上连接有不同碳原子个数的长链烷基。烷基甜菜碱一方面能够通过季铵盐的正电荷吸附在带负电的细菌表面，从而破坏细菌表面的离子平衡；另一方面可以通过长链烷烃插入细菌细胞壁或细胞膜而在细菌表面打孔，进而导致细菌内容物流出并杀死细菌。然而由于游离的季铵盐型抗菌剂净电荷密度小，其抗菌效果也得到限制。

发明内容

发明目的：一个目的是提供一种季铵盐化荧光碳点的制备方法，以解决现有技术存在的上述问题。进一步的目的是提供一种季铵盐化荧光碳点在细菌鉴别和抗菌方面的应用。

技术方案：一种季铵盐化荧光碳点的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、向甘油中加入二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，搅拌均匀，在水热反应釜中反应12小时以上，反应温度为240-280℃；

冷却至室温后离心、透析，得到纯化的氨基化碳点水溶液；

步骤2、用1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化烷基甜菜碱，并将活化后的烷基甜菜碱与氨基化碳点水溶液混合，室温反应4小时以上；

透析处理后得到纯化的季铵盐化碳点。

优选的，所述步骤1中，二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷的体积分数为5～30％。

优选的，所述烷基甜菜碱为十二烷基甜菜碱、十四烷基甜菜碱、十六烷基甜菜碱或十八烷基甜菜碱。

优选的，在步骤2中，所述烷基甜菜碱与制备氨基化碳点的原料二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为2:1～10:1。

优选的，步骤2中的活化过程进一步为：