一种木质素基可见光响应释放NO的纳米抗菌剂及制备方法

本发明属于抗菌纳米材料领域，涉及一种木质素基可见光响应释放一氧化氮的纳米抗菌剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、细菌感染一直威胁着人类健康，随着细菌耐药性的不断增强，细菌感染将可能带来比癌症更加严重的全球性危害。一氧化氮(no)是一种广谱抗菌剂，目前在抗生素耐药治疗中具有极大的应用前景。

2、n，n’-二仲丁基-n，n’-二亚硝基-1，4-苯二胺(bnn6)是一种重要的疏水性紫外光响应no供体，如何提高其在水溶液中的分散性并将其响应光谱红移至可见光或近红外区域以应用于生物医学领域，一直是研究者们想要攻克的难题。已有报道以bnn6为no供体，与氧化石墨烯、二硫化钼等光敏剂载体相结合，可在近红外激光照射下释放no并产生抗菌或抗癌的效果。然而，在现有技术中描述的基于bnn6的复合纳米抗菌剂在可见光及近红外光激发条件下释放no的机制还不明确，且氧化石墨烯与二硫化钼等光敏剂材料生物相容性差，极大地限制了它们在生物医学方面的应用范围。

3、木质素是自然界中仅次于纤维素的第二大生物质资源，含有大量的芳环共轭结构和多种官能团。在可见光激发下木质素结构中离域的π电子由基态跃迁到激发态，处于激发态的电子可以与体系当中的小分子发生电子转移产生高附加值产品。已有报道表明木质素在可见光作用下可通过电子转移机制将氧气(o2)还原为过氧化氢(h2o2)，从而对细菌或病毒产生氧化损伤达到抗菌、抗病毒的作用。

4、因此，采用木质素替代氧化石墨烯和二硫化钼等作为bnn6的载体材料，开发木质素基可见光响应释放no的复合纳米抗菌剂，对于增加bnn6在水溶液中的分散性，使bnn6响应光谱移至可见光范围，提高木质素的超高价值利用具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于氧化石墨烯、二硫化钼等载体搭载bnn6时所存在的问题，从而提供了一种木质素基可见光响应释放no的复合纳米抗菌剂及其制备方法。本发明通过利用木质素与bnn6之间的弱相互作用，将疏水性no供体bnn6与木质素在水溶液中自组装成纳米粒子，并通过表面修饰peg，制备出一种生物相容性高，稳定性好，no释放可控的al/bnn6/dspe-peg2000复合纳米抗菌剂。

2、为了解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案得以实现的。

3、本发明第一方面提供了一种木质素基可见光响应释放no的纳米抗菌剂的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将木质素、bnn6(n，n’-二仲丁基-n，n’-二亚硝基-1，4-苯二胺)、磷脂peg衍生物分别溶解于有机溶剂中；

5、(2)将木质素溶液和bnn6溶液混合后搅拌过夜，静置得到木质素/bnn6混合溶液；

6、(3)将木质素/bnn6混合溶液快速加入至水中，再加入磷脂peg衍生物溶液进行超声处理；

7、(4)旋蒸去除有机溶剂，并通过离心去除游离的bnn6，最后旋蒸浓缩、冻干，即得。

8、作为优选地，步骤(1)中所述木质素选自碱木质素、酶解木质素和有机溶剂木质素中的至少一种；更优选地，所述木质素选自碱木质素(al)。

9、作为优选地，所述碱木质素选自麦草碱木质素、竹浆碱木质素、芦苇碱木质素、木浆碱木质素、棉浆碱木质素和蔗渣碱木质素中的一种或多种。

10、作为优选地，步骤(1)中所述磷脂peg衍生物选自dspe-peg2000。

11、作为优选地，步骤(1)中所述木质素、bnn6、磷脂peg衍生物的质量比为1：2：8-12。

12、作为优选地，步骤(1)中所述有机溶剂选自四氢呋喃。

13、作为优选地，步骤(1)中所述有机溶剂与步骤(3)中所述水的体积比为1：10-20。

14、作为优选地，步骤(1)中所述bnn6通过如下方法制备得到：

15、(a)将bpa(n，n’-双仲丁氨基对苯二胺)乙醇溶液和nano2溶液混合后充分反应；

16、(b)滴加盐酸后再次进行反应，反应完成后离心去上清，将沉淀洗涤并干燥后即得。

17、作为优选地，步骤(a)中所述bpa与nano2的摩尔比为1：5-20；更优选地，所述bpa与nano2的摩尔比为1：12。

18、作为优选地，步骤(a)中所述反应与保护气体气氛下进行，反应的时间为10-60min。

19、作为优选地，所述保护气体选自氮气、二氧化碳、氩气、氦气中的一种或多种。

20、作为优选地，步骤(a)中所述nano2与步骤(2)中所述盐酸的摩尔比为1：0.5-3；更优选地，步骤(a)中所述nano2与步骤(2)中所述盐酸的摩尔比为1：1。

21、作为优选地，步骤(b)中所述反应的时间为1-10h；更优选地，所述反应的时间为4h。

22、作为优选地，步骤(b)中采用30-70％(v/v)的乙醇溶液进行沉淀洗涤；更优选地，采用50％(v/v)的乙醇溶液进行沉淀洗涤。

23、作为优选地，步骤(b)中所述干燥具体为：室温真空干燥12-48h。

24、作为优选地，制备得到的bnn6于-20℃避光储存。

25、作为优选地，步骤(4)中所述旋蒸的温度为40-50℃，转速为80-100rpm。

26、作为优选地，步骤(4)中所述旋蒸浓缩的温度为40-50℃，转速为80-100rpm。

27、作为优选地，步骤(4)中所述离心的转速为1000-5000rpm，时间为1-20min；更优选地，所述离心的转速为3000rpm，时间为5-10min。

28、作为优选地，步骤(4)中所述冻干的温度为-80℃，时间为24-72h。

29、本发明第二方面提供了根据上述制备方法制备得到的木质素基可见光响应释放no的纳米抗菌剂。

30、作为优选地，所述木质素基可见光响应释放no的纳米抗菌剂中bnn6的负载率为100-140％(即每1mg木质素中含有1-1.4mg bnn6)。

31、本发明第三方面提供了木质素基可见光响应释放no的纳米抗菌剂在消毒杀菌和/或抑菌剂制备中的应用。

32、本发明第四方面提供了木质素作为bnn6的载体进行纳米抗菌剂制备中的应用。

33、本发明将疏水性bnn6负载到木质素上，能够显著提高bnn6在水中的分散性。同时利用peg修饰纳米粒子表面，可进一步提高纳米粒子的稳定性。bnn6的高负载量有利于减少材料的用量，提高材料的抗菌效果。在可见光(450-460nm)激发下，木质素结构中离域的π电子由基态跃迁到激发态，激发态的电子转移到bnn6分子促使bnn6发生还原反应分解释放no。no可通过氧化细胞内的蛋白质，破坏细胞膜等导致细菌的死亡。

34、本发明相对于现有技术，具有如下的优点和有益效果：

35、(1)本发明使用bnn6作为no供体，木质素作为绿色载体，使疏水性小分子bnn6高效的负载于木质素上。在可见光激发条件下，木质素提供光电子促使bnn6快速分解释放no。

36、(2)本发明中的复合纳米抗菌剂al/bnn6/dspe-peg2000具有优异的抗菌性能，在可见光照下对耐药性金黄色葡萄球菌有显有优异的杀菌效果。同时，本发明中的复合纳米抗菌剂木质素/bnn6具有良好的生物相容性。

37、(3)本发明中的复合纳米抗菌剂al/bnn6/dspe-peg2000是通过可见光照来控制no的释放，具有可控的抗菌特性，可应用于耐药性细菌的抑菌和灭菌。

38、(4)本发明中的复合纳米抗菌剂al/bnn6/dspe-peg2000的制备步骤简便，工艺简单便于操作，对能源的消耗少，反应条件温和，原料成本低廉，适合工业大规模的生产应用。此外，制备原料来源于自然界中第二大生物质资源木质素，绿色无毒害，生物相容性强。