氮掺杂碳量子点可降解抗菌涂层材料及其在输尿管支架抗感染中的应用

本发明属于量子点纳米材料制备，具体涉及一种氮掺杂碳量子点可降解抗菌涂层材料及其制备方法，以及其在输尿管支架抗感染中的应用。

背景技术：

1、输尿管支架是一种医疗器械，通常用于治疗输尿管狭窄、结石、感染、损伤或其他与输尿管有关的问题。输尿管支架可以在输尿管中建立通道，使尿液能够顺畅流动，对于治疗输尿管狭窄或损伤非常重要，输尿管支架可以恢复正常的尿液排泄，防止尿液积聚在肾脏中，从而减轻肾脏压力。同时，输尿管支架可以用于管理输尿管结石，使其能够通过输尿管而不阻塞尿流。这有助于减轻疼痛，促进结石排出，并防止肾脏受到结石的伤害，以及可以为手术前和手术后的准备和恢复。在某些情况下，输尿管支架可以在手术前或手术后暂时安置，以准备手术或促进手术后的愈合。输尿管支架有助于稳定输尿管并减轻疼痛。

2、但是，输尿管支架是一种异物，可能会导致尿路感染的风险增加，尤其是长期植入支架的患者特别容易感染，尿路感染会导致患者不适、发热和其他症状。在输尿管支架表面涂覆抗菌涂层可以减少支架表面的微生物附着，降低感染的风险。对于需要长时间使用输尿管支架的患者，抗菌涂层对于预防长期感染尤为重要，通过使用抗菌涂层，可以减轻患者的症状和不适，提高治疗的舒适性。

3、碳量子点(cqds)是粒径小于10nm的碳粒子，因具有明显的尺寸效应和量子限域效应，而展现出优异的光学稳定性、水溶性、化学稳定性和生物相容性。碳量子点由于其优异的生物相容性、生产成本低、毒性低的特点被广泛应用于生物医学中，且在提高细菌感染性疾病治疗效率方面具有潜在的应用价值。相较于传统抗菌剂，氮掺杂碳量子点在抗菌性能上具备独特优势。首先，它们产生的氧化自由基在杀菌过程中显得更加高效且不易导致耐药性。同时展现出较低的细胞毒性和良好的生物相容性，使其在生物医药领域的应用更加广泛。氮掺杂碳量子点不仅具有出色的抗菌能力，还提供了优于许多传统抗菌剂的安全性和生物相容性，是应对日益严重的细菌耐药性问题的潜在材料。

4、基于输尿管支架亟需解决的抗感染技术问题，本发明提供一种基于氮掺杂碳量子点的抗菌涂层材料。结合可降解树脂制备所得到的抗菌涂层材料，其应用于输尿管支架时所述抗菌涂层材料与输尿管支架相容性好，不仅能抑制病原菌的生长和延缓生物膜形成时间，降低输尿管支架植入后的感染风险，还能提高输尿管支架在人体内的生物相容性和可靠性，延长输尿管支架的寿命。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种氮掺杂碳量子点可降解抗菌涂层材料，本发明第二个目的是提供一种所述氮掺杂碳量子点可降解抗菌涂层材料的制备方法，本发明第三个目的是提供一种所述氮掺杂碳量子点可降解抗菌涂层在制备具有抗感染功效的植入体中的用途。本发明还有一个目的是提供一种具有抗菌涂层输尿管支架及其制备方法。

2、本发明的目的通过如下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供一种氮掺杂碳量子点可降解抗菌涂层材料，其特征在于，所述抗菌涂层材料包括基质以及分散在基质中的氮掺杂碳量子点。

4、所述基质为可降解树脂溶液，本发明所述的可降解树脂选自基于聚(癸二酸甘油酯)树脂pgs的可降解聚氨酯(pu)、聚乳酸(pla)、聚己内酯(phb)、聚己二酸丁二醇酯(pbs)、聚羟基脂肪酸酯(pha)、聚己内酯(pcl)中的一种或两种以上的组合。

5、所述可降解树脂溶液的质量浓度为1-30％，由可降解树脂溶于有机溶剂得到或在有机溶剂中反应直接得到，所述有机溶剂包括但不限于thf、dmf或dmacs。

6、所述氮掺杂碳量子点加入量为可降解树脂质量的0.01-10％。

7、所述氮掺杂碳量子点通过如下方法制备得到：

8、(1)将有机碳源和有机氮源按照质量比1:(0.1-1)溶于水中，搅拌状态下，在10-80℃下水解反应2-24h；

9、(2)将反应液转移至水热釜或微波反应器中进行水热反应；

10、(3)水热反应后使用500-1000da渗透膜进行透析提纯，透析液经干燥得到氮掺杂碳量子点。

11、步骤(3)中使用本领域常规方法对透析后的液体进行干燥，包括但不限于使用恒温干燥箱干燥，或者使用冷冻干燥机干燥。

12、优选的，步骤(1)中所述有机碳源和有机氮源的质量比为1:(0.4-0.6)，有机碳源的质量与水的体积比为1g:(14-20)ml；所述水优选为去离子水。

13、优选的，步骤(2)中所述水热反应采用水热釜加热或者微波反应器加热，水热釜温度为80-300℃，时间为4-72h；微波功率为100-900w，时间为3-60min。

14、所述有机碳源选自柠檬酸、葡萄糖、聚乙二醇、淀粉、纤维素、生物质原料中的一种或两种以上的组合。

15、其中，所述生物质原料选自红薯、银杏叶、胡萝卜、辣椒粉中的一种或两种以上的组合。

16、在本发明的最优选实施方式中，所述碳源为辣椒粉。

17、所述有机氮源选自尿素、乙胺、乙二胺、三乙胺、三乙烯四胺、苯胺类化合物、多乙烯多胺类化合物、醇胺类化合物、氨基酸中的一种或两种以上的组合。

18、其中，所述苯胺类化合物选自苯胺、甲基苯胺、二甲基苯胺、乙基苯胺中的一种或两种以上的组合。

19、所述多乙烯多胺类化合物选自二乙烯三胺和/或三乙烯四胺。

20、所述醇胺类化合物选自乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或两种以上的组合。

21、所述氨基酸为碱性氨基酸，所述碱性氨基酸选自甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸中的一种或两种以上的组合。

22、在本发明的最优选实施方式中，所述氮源为三乙烯四胺。

23、第二方面，本发明提供一种氮掺杂碳量子点可降解抗菌涂层材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

24、步骤一：按照本发明第一方面提供的方法制备氮掺杂碳量子点；

25、步骤二：将氮掺杂碳量子点分散至可降解树脂的有机溶液中，得到氮掺杂碳量子点抗菌涂层材料。

26、第三方面，本发明提供一种氮掺杂碳量子点可降解抗菌涂层材料在制备具有抗菌涂层的植入体中的用途。

27、所述植入体包括临床中使用的任何具有感染风险的植入体。

28、在本发明的最优选实施例中，所述植入体为输尿管支架。

29、第四方面，本发明提供一种制备具有抗菌涂层的输尿管支架的方法，所述方法包括将本发明提供的氮掺杂碳量子点可降解抗菌涂层材料以浸涂和/或喷涂的方式涂覆至常规输尿管支架表面。

30、第五方面，本发明提供一种根据本发明第四方面提供的方法制备得到的具有抗菌涂层的输尿管支架。

31、本发明提供的氮掺杂碳量子点抗菌涂层材料具有如下优势：

32、(1)碳量子点由于其独特的物理化学性质使其具有一定的抗菌活性，氮的引入会影响碳量子点的表面电荷分布，提高碳量子点的抗菌活性。本发明技术人员预料不到的发现，当选用辣椒粉作为碳源，以及氨基化合物如三乙烯四胺作为氮源时，制备得到的抗菌涂层抗菌效果最好，碳量子点释放时间持久，氮量子点与可降解树脂的相容性最好。

33、(2)所述抗菌涂层材料以可降解树脂作为基质，可以实现涂覆于植入体表面的涂层可以在生物环境下持续降解，并稳定释放碳量子点抗菌物质，达到抑制病原菌生长和/或预防生物膜形成的目的。与直接将氮掺杂碳量子点涂覆于植入体表面相比，本发明提供的抗菌涂层具有碳量子点缓慢释放，抗菌效果持久的优势。并且本发明技术人员预料不到的发现，当可降解树脂为基于聚(癸二酸甘油酯)pgs基聚氨酯树脂时，其表现出以表面侵蚀的原理实现降解原理，在本专利基于碳量子点抗菌涂层中表现出极大优势，实现碳量子点的稳定释放，在输尿管支架的抗感染应用中表现出更优的使用寿命和抗菌涂层具有更优的延长输尿管支架寿命的作用。

34、(3)与抗生素抗菌相比，本发明提供的以碳量子点作为抗菌涂层具有更低的诱导细菌耐药性的机会，可优先避免抗生素诱导细菌耐药性的形成，对大规模临床应用具有吸引力。

35、(4)本发明技术人员预料不到的发现，对于聚氨酯材质的输尿管支架，当可降解树脂为基于聚(癸二酸甘油酯)pgs可降解聚氨酯树脂时，与基材之间的粘合性比较好，以及由于其表面侵蚀机理，使得在负载碳量子点制备输尿管支架抗菌涂层时具有更优的延长输尿管支架寿命的作用。