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基于ZIF-8负载利福昔明用于杀菌及干预生物膜研究

刘天赐  
【摘要】:细菌生物膜是细菌等病原体在某些不利条件下形成的特殊复合体。与游离的病菌不同,生物膜由于具有丰富的细胞外基质并紧紧的粘附于复用医疗器械及组织表面,传统的抗生素等理化治疗手段很难有效的由外而内作用到菌体本身,此外也造成了外伤难以愈合及植入物排异等医疗方面的不良后果。金属有机框架材料MOFs(Metal-Organic Frameworks)具有非常高的孔隙率、广泛的催化性能以及化学稳定性等优良特性,广泛运用于气体储存分离、反应催化等领域。近年来,随着技术的发展,MOFs也渐渐的作为药物载体被运用于疾病诊断及治疗。基于此,本课题拟采用多种方法制备药物负载的ZIF-8复合纳米材料,探究不同条件下合成的材料形貌及性能的差异。研究了复合材料在不同p H条件下杀灭浮游细菌以及对细菌生物膜的祛除效果。具体研究成果如下:(1)我们首先从经典的ZIF-8合成路线出发,改变合成条件使用一锅法成功合成不同形貌(经典沸石型、立方体型、不定型)及粒径(500 nm、200 nm、100 nm、50 nm、30 nm)的ZIF-8材料。其次从ZnO纳米颗粒出发,基于ZnO合成ZIF-8,制备出不同粒径(200 nm、60 nm)的ZIF-8@ZnO材料。然后结合前面两个方案的特点合成了ZIF-8@利福平(RFP)、ZIF-8@利福昔明(RFXM)、ZIF-8@ZnO@利福平(RFP)与ZIF-8@ZnO@利福昔明(RFXM)复合纳米材料。通过测量负载量,发现基于ZnO合成的ZIF-8纳米粒子药物负载量仅有直接合成法的50%。两种方法合成的材料都可以在p H 6.0下成功释放负载的药物,实现材料的p H控制释放。(2)以金黄色葡萄球菌(SAU)为对象,研究材料对浮游菌的杀灭效果。结果显示两种方法合成的材料对SAU的杀灭效果都要优于同等浓度的利福昔明(RFXM)。证明ZIF-8纳米颗粒具有协同作用,增强了药物杀菌效果。此外,基于ZnO合成的ZIF-8@ZnO@RFXM杀菌效果要优于ZIF-8@RFXM。通过XRD分析发现ZIF-8@ZnO@RFXM材料内带有ZnO,结合ICP-MS表征发现其锌粒子释放量也要高于ZIF-8@RFXM,推测ZnO的存在是导致ZIF-8@ZnO@RFXM的杀菌性能更优异的原因所在。(3)构建SAU生物膜,并使用两种材料进行干预。通过结晶紫染色法测量生物膜量,发现ZIF-8@ZnO@RFXM对生物膜量降低的效果比ZIF-8@RFXM和单独RFXM强的多。结合细菌死活染色通过激光共聚焦显微镜(CLSM)观察,发现负载0.0293μg/m L RFXM的ZIF-8@ZnO@RFXM便可有效杀灭生物膜内的细菌。最后通过MTT法测定了材料的细胞毒性,12.5μg/m L的ZIF-8@ZnO@RFXM(负载RFXM 1.5μg/m L)作用12 h后细胞活性约80%。在本研究中,我们从材料合成入手基于ZnO纳米颗粒合成出ZIF-8@ZnO@RFXM复合纳米材料,并成功的用于SAU浮游菌杀灭和SAU生物膜清除。


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