一种碳基钴氧化物纳米酶及其制备方法与应用

本发明属于纳米酶合成，具体涉及一种碳基钴氧化物纳米酶及其制备方法与应用。

背景技术：

1、迄今为止，细菌感染引发的各种病症一直威胁着全世界人类健康。抗生素是目前对抗细菌感染最常用的药物，但是大量使用抗生素会导致细菌产生耐药性。纳米材料具有强大的酶催化活性，主要通过将内源性的过氧化氢转化为活性氧物质来诱导氧化应激进而导致细菌死亡。基于活性氧物质的抗菌策略由于其高效的抗菌效果且不易产生耐药性，使其成为抗菌研究的热点之一。

2、临床上对于伤口感染的治疗通常包括两个阶段：杀菌和愈合。在杀菌阶段，需要产生足够的ros来消灭病原体。而在愈合阶段，需要消耗ros来促进组织修复。在伤口的细菌感染微环境的低ph和高过氧化氢表达的病理条件下，产生超量的ros和其自身具备光热性能联合发挥抗菌作用，虽然这个过程有利于伤口愈合的，但是在缓解细菌感染后的正常生理环境下，过量的ros最终会引发有害的影响，如细胞衰老，瘢痕形成以及不受控制的炎症。

3、因此，寻求一种能在细菌感染微环境中产生大量ros而在正常生理环境中清除过量的ros从而促进伤口愈合的纳米材料，对于安全的细菌感染治疗具有重要意义。虽然纳米材料具有多酶活性，理论上可以解决这一问题，但由于传统方法无法控制氧化抗氧化的平衡，导致合成的纳米材料敷料在不同阶段表现不稳定。因此，通过精细调节纳米酶在不同微环境下的酶活性，实现其在杀菌和愈合阶段自适应性对于感染伤口的愈合具有重要的意义。

技术实现思路

1、基于上述背景，本发明的主要目的在于提供一种碳基钴氧化物纳米酶及其制备方法与应用，以实现通过调控金属氧化物的价态组成成分来调节纳米材料的多酶活性。碳基钴氧化物纳米酶可以响应细菌感染微环境的低ph和h2o2并具有氧化物酶活性与过氧化物酶活性，诱导伤口感染区域的氧化还原产生活性氧促进细菌杀伤。在近红外激光照射下，碳基钴氧化物纳米酶还具有优异的光热转换效率，化学动力学与光热协同治疗提高了细菌的杀伤效率，同时增强中性条件下对活性氧的清除能力，促进伤口愈合从而显著增强细菌感染的治疗效果。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种碳基钴氧化物纳米酶的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：将葡萄糖分散于水中，水热处理后进行煅烧，制得碳纳米球；

5、步骤2：将碳纳米球分散于无水乙醇中，进行原子层沉积钴氧化物，制得所述碳基钴氧化物纳米酶。

6、进一步的，所述步骤1中水热处理的温度为180-200℃，时间为3-4.5h；煅烧的温度为600-800℃，时间为2-3h。

7、进一步的，所述步骤2中原子层沉积钴氧化物的温度为180-300℃，循环数为50-200。

8、进一步的，所述步骤2中原子层沉积钴氧化物的金属反应源为二茂钴，二茂钴的源温为70-100℃。

9、进一步的，所述步骤2中原子层沉积钴氧化物的氧源为臭氧，臭氧的流量为1-40sccm。

10、进一步的，所述二茂钴的脉冲时间为5-15s，保持时间为15-30s，用氮气吹扫的时间为20-60s；所述臭氧的脉冲时间为0.1-1s，保持时间为15-30s，用氮气吹扫的时间为20-60s。

11、一种碳基钴氧化物纳米酶，包括前述的制备方法制得的碳基钴氧化物纳米酶。

12、一种前述的碳基钴氧化物纳米酶的应用，用于制备兼具光热和化学动力学治疗作用的抗菌材料和/或药物。

13、进一步的，所述抗菌材料包括伤口/创口敷料。

14、进一步的，所述抗菌药物包括抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌药物。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

16、(1)本发明纳米酶通过原子层沉积技术制备而成，得益于原子层沉积技术的可控性、均一性和保形性，纳米酶的制备也具有精准的可控性。

17、(2)本发明通过共聚焦实验证明了碳基钴氧化物纳米酶能够有效地响应细菌微环境生成大量活性氧，诱导细菌死亡。

18、(3)本发明纳米酶正常生理条件下活性氧清除能力可通过原子层沉积(ald)臭氧流量来调谐。通过ald臭氧流量调谐来实现对类酶活性的精准调控，继而实现臭氧流量控制的纳米酶对伤口感染部位细菌的杀伤与活性氧的清除。在近红外激光照射下，纳米酶还具有优异的光热转换效率，化学动力学与光热协同治疗提高了细菌的杀伤效率，同时增强中性条件下对活性氧的清除能力，促进伤口愈合从而显著增强细菌感染的治疗效果。

19、(4)本发明制备的纳米酶本身具有良好生物相容性、低毒性，其作为伤口敷料，能够促进伤口愈合，防止伤口感染，对伤口无刺激、安全、无毒副作用。

技术特征：

1.一种碳基钴氧化物纳米酶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的碳基钴氧化物纳米酶的制备方法，其特征在于，所述步骤1中水热处理的温度为180-200℃，时间为3-4.5h；煅烧的温度为600-800℃，时间为2-3h。

3.根据权利要求2所述的碳基钴氧化物纳米酶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中原子层沉积钴氧化物的温度为180-300℃，循环数为50-200。

4.根据权利要求3所述的碳基钴氧化物纳米酶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中原子层沉积钴氧化物的金属反应源为二茂钴，二茂钴的源温为70-100℃。

5.根据权利要求4所述的碳基钴氧化物纳米酶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中原子层沉积钴氧化物的氧源为臭氧，臭氧的流量为1-40sccm。

6.根据权利要求5所述的碳基钴氧化物纳米酶的制备方法，其特征在于，所述二茂钴的脉冲时间为5-15s，保持时间为15-30s，用氮气吹扫的时间为20-60s；所述臭氧的脉冲时间为0.1-1s，保持时间为15-30s，用氮气吹扫的时间为20-60s。

7.一种碳基钴氧化物纳米酶，其特征在于，包括权利要求1～6任意一项所述的制备方法制得的碳基钴氧化物纳米酶。

8.一种权利要求7所述的碳基钴氧化物纳米酶的应用，其特征在于，用于制备兼具光热和化学动力学治疗作用的抗菌材料和/或药物。

9.根据权利要求8所述的碳基钴氧化物纳米酶的应用，其特征在于，所述抗菌材料包括伤口/创口敷料。

10.根据权利要求8所述的碳基钴氧化物纳米酶的应用，其特征在于，所述抗菌药物包括抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌药物。

技术总结本发明属于纳米酶合成技术领域，具体涉及一种碳基钴氧化物纳米酶及其制备方法与应用。将葡萄糖分散于水中，水热处理后进行煅烧，制得碳纳米球；将碳纳米球分散于无水乙醇中，进行原子层沉积钴氧化物，制得碳基钴氧化物纳米酶。本发明通过沉积过程中臭氧流量调谐，可以实现对各种类酶活性精准调控，继而实现臭氧流量控制的纳米酶对伤口感染部位细菌的杀伤与活性氧的清除。在近红外激光照射下，纳米酶还具有优异的光热转换效率，化学动力学与光热协同治疗提高了细菌的杀伤效率，同时增强中性条件下对活性氧的清除能力，促进伤口愈合从而显著增强细菌感染的治疗效果，在制备抗菌材料、抗菌药物方面具有广泛的应用前景。技术研发人员：闫丽丽,满建良,邵润润,刘荣华,周瑾,郭凌云受保护的技术使用者：山西医科大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29