[发明专利]一种含钒MXene抗菌材料的制备及其应用

说明书

本发明公布了一种含钒MXene抗菌材料的制备及其在生物领域中的应用。具体而言，本发明使用含钒MAX相前驱体通过一步法制备含钒MXene材料，以增强MXene的抗菌性。其制备方法简单，得到的含钒MXene材料具有优异的抗菌性能，有效地抑制大肠杆菌的生长。本发明公开的含钒的抗菌MXene在生物领域有着广泛的应用，包括但不限于医用敷料、抗菌口罩、肿瘤治疗。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域和纳米医疗领域，包括但不限于医用敷料，抗菌口罩，癌症治疗。

背景技术

抗生素的过度使用和滥用导致抗菌药物耐药性的发展加剧。抗生素耐药菌，如甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌和万古霉素耐药肠球菌，很难甚至不可能用现有抗生素治疗，造成的全球每年的死亡人数达近100万。若按此趋势发展，则到2050年这一数字将飙升至1000万。 除了产生抗生素耐药性外，细菌还可以形成生物膜，导致许多持续感染。 由于抗生素无法穿透细菌表面致密的外壳，导致治疗效果有限。 因此，急需开发一种新的方法以对抗抗生素耐药菌和破坏细菌生物膜。

近年来，二维材料在生物医学领域引起了广泛的关注。一些二维材料，如石墨烯，已经表现出了抗菌性能，并大大降低了细菌的耐药性。2D材料的抗菌机制：1）2D材料锋利边缘造成的细菌膜的物理损伤，导致其完整性的丧失；2）通过产生氧化应激或电荷转移造成的化学损伤。物理和化学损伤的抗菌机制大大降低了细菌发展耐药性的能力。

MXene是一类具有M_n+1X_nT_x元素构成的材料体系，其中M表示早期过渡族金属元素，X表示C或者N，T指的是该二维材料表面的基团/修饰体，n通常取值范围为1-3。因此，MXene家族拥有丰富的化学构成，成员众多，并且还在不断扩张。MXene具有优异的电学性能和光学性能，在能源存储和电磁方面有诸多的应用。近些年来，MXene材料在生物领域的应用被不断开发。

目前，多项研究报道了MXene材料的抗菌性和抗癌作用。Mahmoud等人的研究表明，Ti₃C₂T_x，一种典型的MXene材料，对革兰氏阴性的大肠杆菌和革兰氏阳性的枯草杆菌均有抗菌作用，其抗菌活性呈剂量依赖性且抗菌效率高于氧化石墨烯。与石墨烯类似，Ti₃C₂T_x通过破坏细胞膜和产生活性氧（ROS)来抑制细菌。然而，有些细菌可以通过能够通过产生抗氧化剂来抵制基于氧化剂的清除机制。因此，涉及氧化应激的抗菌机制可能对这些细菌的效果欠佳甚至无效。利用MXene材料高的光热转化效率，洪伟礼等人使用光热治疗（PPT)协同抗菌。Ti₃C₂ MXene在近红外光照射下通过光热效应快速的杀灭细菌，对15种检测细菌（包括革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、抗生素耐药菌）均有效，具有广谱的抗菌作用。此外，MXene材料具有优异的生物相容性和生物可降解性，在肿瘤微环境中，通过类Fenton反应高效催化产生大量的ROS,杀死肿瘤细胞。陶绪堂等人采用微爆法制备的Ti₃C₂T_x MXene 量子点在肿瘤酸性条件下高效催化H₂O₂，产生大量的·OH，协同光热治疗显著地抑制荷HeLa小鼠肿瘤的生长，且未显示出明显的毒副作用。

钒在抗菌和肿瘤治疗方面具有很大的潜能。与Ti类似，钒通过催化还原H₂O₂、O₂产生大量的·OH或O₂^·- ，进而杀伤细菌或肿瘤细胞。然而目前钒的生物领域应用主要局限于氧化钒纳米粒子，而基于钒的MXene材料在生物领域的应用尚未报道。

发明内容