[发明专利]具有靶向光热杀菌性能的硼酸功能化石墨烯材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种具有靶向光热杀菌性能的硼酸功能化石墨烯材料的制备方法及应用，其包括如下步骤：步骤一：将羧基化石墨烯、EDC、NHS和去离子水均匀混合，室温条件下搅拌；步骤二：将3‑氨基吡啶加入到混合液中，室温条件下搅拌；步骤三：进行离心处理，使用去离子水洗涤；步骤四：将步骤三得到的产物以DMF重悬，加入3‑溴甲基苯硼酸，在油浴条件下搅拌；步骤五：进行离心处理，使用去离子水洗涤，得到具有靶向光热杀菌性能的硼酸功能化石墨烯材料。其具有高效靶向细菌及光热杀伤细菌的能力，生物相容性良好，制备方法简单，能够有效治疗多重耐药革兰阴性杆菌皮肤创面感染并促进皮肤感染创面的愈合。

技术领域

本发明涉及功能化石墨烯材料，具体涉及一种具有靶向光热杀菌性能的硼酸功能化石墨烯材料的制备方法及应用。

背景技术

皮肤创面细菌感染，一直是烧、创伤救治的重大挑战，目前针对细菌感染，仍然主要依赖于抗生素治疗，但临床抗生素治疗常常伴随着多重耐药菌株的出现与流行，由于缺乏新的抗生素，一些泛耐药的菌株，尤其是多重耐药革兰阴性杆菌，甚至出现“无药可治”的状况。皮肤创面多重耐药革兰阴性杆菌感染已经成为临床抗感染治疗的一大棘手问题，由于传统抗生素治疗难以奏效，因此，我们迫切需要寻找一些新的治疗策略来解决该问题。

光热治疗作为替代治疗之一，具有无创或微创性、可控性、良好的抗菌效率、不会产生耐药性等诸多优势，已成为近年的研究热点。最近，金纳米粒子、金纳米棒、铜纳米粒子、聚多巴胺等众多重金属纳米材料、高分子聚合物及其复合物均成功应用于光热抗菌治疗，显示出卓越的杀菌能力与良好的应用前景。然而，目前光热治疗的关键问题在于光热剂对细菌无靶向性，不能结合到病原菌上对其直接进行加热杀灭，难以避免对周围正常组织造成副损伤。

石墨烯，是一种只有单原子厚度的、蜂窝状晶格的碳基二维材料。作为一种良好的光热剂，基于石墨烯的光热治疗目前已经成功应用于抗菌领域。与其他光热剂相比，石墨烯可与多种小分子、聚合物发生交联，功能化方法简单，容易通过简单的化学反应优化石墨烯作为光热剂的特性。并且，石墨烯在体内外均具有良好的生物相容性，不会对正常组织、细胞产生强烈毒性。同时，与球形纳米粒子或圆柱形的纳米棒相比，片层状的石墨烯具有较大的比表面积，可与细菌充分接触、包裹，进而提高光热效率与抗菌效率。

针对病原菌与光热抗菌材料之间的特异性作用问题，静电相互作用和硼酸分子共价结合被分别视为代表性的“物理靶向”与“化学靶向”策略。细菌细胞壁上含有大量阴离子磷脂或磷壁酸，因而表面带有负电荷。研究证实，将不同的阳离子聚合物或多肽整合入纳米粒子，可以通过静电相互作用与表面带有负电荷的细菌紧密结合，从而实现材料与细菌的物理靶向结合作用，进而实现靶向抗菌的目。硼酸分子通过与多糖顺式邻羟基发生共价酯化反应，能够识别识别多糖并与多糖特异结合。最近，Galstyan等利用硼酸分子可与多糖特异性共价结合的特性，制备了一种硼酸功能化的光敏剂，在体外条件下能够直接靶向大肠杆菌胞壁脂多糖及胞外生物膜基质多糖成分，极大地提高了光动力治疗的抗菌效率。另外，硼酸功能化可降低材料毒性、提高体内稳定性，目前已成功应用于医疗器械的表面修饰。

综上，以石墨烯作为光热基底材料，通过对石墨烯的功能化实现材料对细菌的“物理靶向”与“化学靶向”，制备一种安全、高效的新型靶向纳米抗菌材料，能够为治疗皮肤创面多重耐药革兰阴性杆菌感染提供新思路、新策略。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有靶向光热杀菌性能的硼酸功能化石墨烯材料的制备方法及应用，其具有高效靶向细菌及光热杀伤细菌的能力，生物相容性良好，制备方法简单，能够有效治疗多重耐药革兰阴性杆菌皮肤创面感染并促进皮肤感染创面的愈合。

本发明所述的具有靶向光热杀菌性能的硼酸功能化石墨烯材料的制备方法，所述方法是通过选择羧基化石墨烯，基于氨基与羧基的缩合反应通过共价交联引入3-氨基吡啶，然后基于季铵化反应引入3-溴甲基苯硼酸，接枝硼酸基团及季铵盐基团，得到具有靶向光热杀菌性能的硼酸功能化石墨烯材料，其包括如下步骤：