CN115520905A - MoS2/CoS2异质结构纳米酶的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及MoS2/CoS2异质结构纳米酶的制备方法及其应用，先在KSCN中，分别加入Co(NO)3·6H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O，充分搅拌，使其完全混合；接着将其放入马弗炉，加热静置，反应结束后得到致密固溶体，用去离子水溶解；然后用大量去离子水和乙醇多次洗涤和过滤混合物，去除多余的KSCN；最后在真空中干燥，得到MoS2/CoS2。本发明中的MoS2/CoS2异质结构纳米酶可以与H2O2协同有效杀灭耐药细菌，同时避免高浓度H2O2的毒性，在材料和低浓度H2O2的协同作用下，它对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有优良的抑菌性能；该异质结纳米酶可应用在治疗细菌感染和伤口愈合领域。
Description
技术领域
本发明专利属于生物与医药杀菌领域，具体涉及MoS2/CoS2异质结构纳米酶的制备方法及其应用。
背景技术
纳米酶是一类具有酶样活性的纳米材料，广泛应用于生物传感器，抗菌和疾病治疗等领域。目前，已有大量纳米材料被证明含有一种或多种氧化酶、过氧化物酶、和过氧化氢酶等多种活性，大致分类包括金属氧化物/硫化物、金属有机框架和单原子。过渡金属硫化物(TMSs)，如MoS2,CoxSy和NiSx，由于其独特的生物、化学和物理性质，越来越多的科学家将其应用于催化领域。然而，TMSs存在活性位点不足、稳定性差等问题，导致催化性能不能满足预期需求。
因此，近年来，大量的研究通过控制形貌、异质界面的组成等策略以提高催化性能。可以通过不同硫化物之间的电负性差异以及不同过渡金属的3d轨道和S2p轨道之间的电荷转移来合理调控非均质异质结构中的电荷重排，这将加速电子转移，激发内电场效应，显著提高纳米酶的催化活性和反应动力学。界面工程不仅可以作为不同组分之间电子传递的通道或中间体，而且可以优化调整催化剂的电子结构，对提高催化性能起着至关重要的作用。
近年来，病原菌引起的疾病每年占全球死亡人数的三分之一，严重威胁着人类生命，仍然是全球公共卫生问题。特别是随着抗生素不合理使用导致耐药性菌乃至超级细菌的出现，耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA)作为典型的超级细菌，对甲氧西林、阿莫西林、青霉素、苯唑西林和许多其他常见抗生素都具有较强的抗药性，MRSA 感染性伤口如果治疗不及时或治疗不恰当，会演变成严重的全身性感染，如脓毒血症，继而诱发全身脏器功能衰竭，甚至会威胁患者生命。由于MRSA的强耐药性导致感染伤口治疗困难，是目前医学界和科学界困扰的亟待解决的问题。因此，开发具有广谱抗菌性能的新型材料具有十分重要的意义。
为此，本发明设计了一种MoS2/CoS2异质结构纳米酶。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明设计了MoS2/CoS2异质结构纳米酶的制备方法及其应用，MoS2/CoS2异质结构纳米酶可以与H2O2协同有效杀灭耐药细菌，同时避免高浓度H2O2的毒性，在材料和低浓度H2O2的协同作用下，它对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有优良的抑菌性能；该异质结纳米酶可应用在治疗细菌感染和伤口愈合领域。
为了达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现的：一种 MoS2/CoS2异质结纳米酶的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、在KSCN中，分别加入Co(NO)3·6H2O和 (NH4)6Mo7O24·4H2O，充分搅拌，使其完全混合；
S2、将其放入马弗炉，加热静置，反应结束后得到致密固溶体，用去离子水溶解；
S3、用大量去离子水和乙醇多次洗涤和过滤混合物，去除多余的 KSCN；
S4、在真空中干燥，得到MoS2/CoS2。
进一步地，所述的S1中具体包括：在20g KSCN范围内，分别加入0.8g Co(NO)3·6H2O和0.1g(NH4)6Mo7O24·4H2O，充分搅拌，使其完全混合。
进一步地，所述的S2中具体包括：将其放入马弗炉，升温至300℃，温度为5℃/min，静置2h，反应结束后得到致密固溶体，用去离子水溶解。
进一步地，所述的S4中具体包括：在80℃真空干燥过夜，得到 MoS2/CoS2。
由上述进一步地，所述制备方法所制得的MoS2/CoS2异质结纳米酶。
由上述进一步地，所述的一种MoS2/CoS2异质结纳米酶在抑制耐卡那霉素大肠杆菌与耐甲氧西林金黄色葡萄球菌中的应用。
本发明的有益效果：
(1)本发明的异质结纳米酶的制备方法简单，无需复杂的仪器设备，成本低，有望用于工业化生产。
(2)本发明采用纳米酶作为杀菌剂，在低浓度H2O2存在下，迅速有效的生成对细菌具有强毒性的ROS，其能有效抑制细菌生长，且具有广谱杀菌性，对正常细胞具有较低的毒性，也不存在细菌耐药性的问题。
(3)相对于现有杀菌技术，本发明的纳米酶是用盐溶液法制得的异质结材料，能催化H2O2分解成具有超强杀菌能力的ROS，并结合双金属硫化物之间的协同催化效应，极大地增强了纳米酶的催化作用，达到高效杀菌的目的。
(4)基于异质结的纳米酶杀菌剂作为一种无机纳米材料的敷料，可用于促进感染了耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的小鼠伤口的抑菌和愈合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明是MoS2/CoS2异质结构的XRD谱图；
图2是本发明MoS2、CoS2、MoS2/CoS2NFs的扫描电镜、透射电镜、X射线能量色散谱、元素映射的图像；其中(A)MoS2、(B)CoS2、(C)MoS2/CoS2NFs为SEM图像；(D)MoS2、(E)CoS2、(F)MoS2/CoS2 NFs为HRTEM图；(G)MoS2/CoS2NFs为EDS图；(H)为元素映射图；
图3是本发明MoS2/CoS2NFs的体外抗菌活性示意图；其中(A) 为革兰氏阴性菌(耐卡那霉素大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)添加CoS2、MoS2、MoS2/CoS2NFs和H2O2后的图像； (B)为添加CoS2、MoS2、MoS2/CoS2NFs和H2O2后24h细菌生长曲线图；
图4中的(A)为不同时间、不同处理的金黄色葡萄球菌感染小鼠伤口照片；(B)为不同处理后小鼠的相对伤口大小。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种MoS2/CoS2异质结纳米酶的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、在KSCN中，分别加入Co(NO)3·6H2O和 (NH4)6Mo7O24·4H2O，充分搅拌，使其完全混合；
S2、将其放入马弗炉，加热静置，反应结束后得到致密固溶体，用去离子水溶解；
S3、用大量去离子水和乙醇多次洗涤和过滤混合物，去除多余的 KSCN；
S4、在真空中干燥，得到MoS2/CoS2。
所述的S1中具体包括：在20g KSCN范围内，分别加入0.8g Co(NO)3·6H2O和0.1g(NH4)6Mo7O24·4H2O，充分搅拌，使其完全混合。
所述的S2中具体包括：将其放入马弗炉，升温至300℃，温度为5℃/min，静置2h，反应结束后得到致密固溶体，用去离子水溶解。
所述的S4中具体包括：在80℃真空干燥过夜，得到MoS2/CoS2。
由上述进一步地，所述制备方法所制得的MoS2/CoS2异质结纳米酶。
实施例2
如图1至图4所示，由上述进一步地，所述的一种MoS2/CoS2异质结纳米酶在抑制耐卡那霉素大肠杆菌与耐甲氧西林金黄色葡萄球菌中的应用：
(1)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(337371)和耐卡那霉素大肠杆菌 (186761)以及相应的MDR分离株分别作为革兰氏阳性(G+)菌和革兰氏阴性(G-)菌的主要模型。活化的细菌在约50mL的Luria-Bertani (LB)液体培养基中培养。在恒温培养箱中，37℃，150r/min孵育24h，获得菌悬液，平板计数法评价其抗菌性能。
具体操作如下：将制备好的菌悬液稀释至1×10-5CFU/mL，将50 μL的菌悬液分别与MoS2/CoS2和H2O2(50μL,0.5mM)体系混合。在恒温培养箱(37℃，150r/min)中摇匀2h。然后，将混合样品在LB固体介质上进行包覆。最后在培养箱中静置培养24h，并观察计数菌落数量。加入生理盐水作为空白组，测量细菌生长曲线。将细菌与 MoS2/CoS2在含或不含H2O2体系中共培养，每2h测定菌悬液的光密度(OD600nm)。
(2)100μL培养基+50μL菌液(组别1)，50μL培养基+50μL菌液+50μL MoS2/CoS2(2mg/mL)(组2)，50μL培养基+50μLH2O2(0.5mM) +50μL菌液(组别3)，50μLH2O2(0.5mM)+50μL菌液+50μL MoS2/CoS2(2mg/mL)(组别4)。
(3)杀菌率＝(对照组菌落数-实验组菌落数)/对照组菌落数×100％
(4)首先建立小鼠创面载体模型，用10％水合氯醛溶液1μL/g腹腔注射麻醉小鼠，麻醉后脱毛，脱毛区皮肤用碘伏和75％酒精消毒。用医用剪刀在小鼠背部制作直径为40mm的圆形创口，创口至皮肤全层。取新鲜制备的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌悬液20μL(浓度约为 105CFU/mL)滴入创面；创面模型建立后，将小鼠分为8组，将MoS2、 CoS2及MoS2/CoS2悬浮液按10μL剂量滴加在耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染小鼠创面上，然后在创面上加2.5mMH2O2溶液10μL(无需加H2O2代替生理盐水)。每天观察并拍摄小鼠创面愈合情况。
实施例3
如图1至图4所示，在MoS2/CoS2中，只有所有明显的CoS2衍射峰都被反演出来，而MoS2/CoS2 NFs中并没有看到MoS2对应的衍射峰，这可能是MoS2完全均匀地分散在CoS2表面。
从图2A中，MoS2是由光滑纳米片组成的花状结构，而CoS2的形貌呈现出六边形结构(图2B)。对于MoS2/CoS2，可以看出很好地保持了MoS2的纳米花形貌的同时表面呈现有大量的蜂窝状空腔(图2C)。通过确定HRTEM图中MoS2和CoS2的晶格进一步确定了异质界面的形成。MoS2的晶格间距为0.62nm，为002晶面(图2D)。同时，Co3S4的CoS2和(311)平面的(200)、(210)晶面的晶格间距分别为0.28、0.25 和0.28nm(图2E)。在MoS2/CoS2中，晶面间距为0.28和0.57nm分别属于CoS2(211)晶面和MoS2的(002)晶面，并且如图2F黄线所示在两个晶面之间形成了一个明显的界面。(002)的平面晶格间距约为0.57 nm，略小于原始MoS2(0.62nm)，这是由MoS2与CoS2的强烈相互作用产生的。这种外观包括原子水平上丰富的纳米界面和微妙的晶格扭曲，这提供了更多的高活性位点，以结合氧化底物，从而优化催化性能。图2G和图2H分别为MoS2/CoS2的X射线能量色散谱和元素映射图，其证明了MoS2/CoS2NFs的元素Mo、Co、S均匀分散在花状结构中。
如图3A所示，我们观察到MoS2、CoS2、H2O2以及单独用H2O2处理MoS2或CoS2后，细菌菌落数量没有明显变化，但加入H2O2的 MoS2/CoS2后，各细菌的存活率显著下降，H2O2对MoS2/CoS2 NFs 的抑菌率可达99％。为了进一步验证MoS2/CoS2的抗菌性能，我们利用耐卡那霉素大肠杆菌测量了添加纳米酶后24h内细菌的生长曲线(图3B)，可以清楚地看到，在H2O2添加MoS2/CoS2 NFs后24小时内，细菌在OD600nm处的紫外吸收几乎没有明显变化，这也说明 MoS2/CoS2 NFs具有良好的抗菌性能。
鉴于MoS2/CoS2 NFs纳米催化剂具有良好的体外抗菌性能，我们进行了体内评价，以确定其在伤口愈合中的潜力。将背上有创伤的 KM小鼠分为8组。然后，用105CFU mL-1的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌细胞制备细菌感染的伤口。感染1d后，每天在创面注射不同处理(生理盐水、MoS2、CoS2、MoS2/CoS2、H2O2、MoS2+H2O2、CoS2+H2O2和MoS2/CoS2+H2O2)并拍照。在图4A中表明MoS2/CoS2+H2O2组的愈合速度明显快于其他对照组。MoS2/CoS2+H2O2处理的小鼠创面逐渐结痂，注射后9d基本愈合。值得注意的是，与对照组相比， MoS2/CoS2+H2O2显著加速愈合过程(图4B和图4C)。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.一种MoS2/CoS2异质结纳米酶的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、在KSCN中，分别加入Co(NO)3·6H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O，充分搅拌，使其完全混合；
S2、将其放入马弗炉，加热静置，反应结束后得到致密固溶体，用去离子水溶解；
S3、用大量去离子水和乙醇多次洗涤和过滤混合物，去除多余的KSCN；
S4、在真空中干燥，得到MoS2/CoS2。
2.根据权利要求1所述的一种MoS2/CoS2异质结纳米酶的制备方法，其特征在于，所述的S1中具体包括：在20g KSCN范围内，分别加入0.8g Co(NO)3·6H2O和0.1g(NH4)6Mo7O24·4H2O，充分搅拌，使其完全混合。
3.根据权利要求1所述的一种MoS2/CoS2异质结纳米酶的制备方法，其特征在于，所述的S2中具体包括：将其放入马弗炉，升温至300℃，温度为5℃/min，静置2h，反应结束后得到致密固溶体，用去离子水溶解。
4.根据权利要求1所述的一种MoS2/CoS2异质结纳米酶的制备方法，其特征在于，所述的S4中具体包括：在80℃真空干燥过夜，得到MoS2/CoS2。
5.根据权利要求1至4所述的制备方法制备方法所制得的MoS2/CoS2异质结纳米酶。
6.根据权利要求5所述的一种MoS2/CoS2异质结纳米酶在抑制耐卡那霉素大肠杆菌与耐甲氧西林金黄色葡萄球菌中的应用。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JIN WANG等: "CoS2/MoS2 Nanosheets with Enzymatic and Photocatalytic Properties for Bacterial Sterilization", ACS APPLIED NANO MATERIALS, vol. 4, pages 7698 - 7711 * |
| SONG HE等: "Low-temperature molten salt synthesis of Mos2@CoS2 heterostructures for efficient hydrogen evolution reaction", CHEMCOMM, vol. 56, no. 41, pages 5548 - 5551 * |
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