技术领域
[0001] 本发明涉及抗菌材料，尤其涉及一种光伏纳米抗菌材料MXene@MOF及其制备方法。
相关背景技术
[0002] 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是一种对多类抗生素具有耐药性的菌株，可以引起皮肤、软组织、呼吸道、血液等部位的感染，严重者甚至导致败血症、肺炎等。MRSA对抗生素的耐药性比普通细菌高了不止三个数量级。因此，本领域的技术人员迫切需要寻求简单、安全、高效的无抗生素治疗策略来有效对抗MRSA。传统纳米抗菌材料通常通过释放离子或直接破坏细菌细胞壁等机制来发挥抗菌作用，这种单一的抗菌机制容易导致细菌产生抗药性。纳米抗菌材料的制备成本较高，这也限制了它们在实际应用中的普及和推广。
具体实施方式
[0027] 以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0028] 本实施例中MXene@MOF的制备、光热性能验证、光催化性能验证及抗菌方法和步骤如下：
[0029] (1)MXene@MOF的合成步骤：
[0030] MXene的合成：在聚四氟乙烯反应釜中加入40mL 9M HCl和3.2g的LiF，反应20分钟制备蚀刻液。在500rpm的转速下将2g的Ti3AlC2逐次少量的缓慢加入蚀刻液中，并在40℃下反应48h。反应结束后在5000rpm，5min的条件下反复离心洗涤，去除酸液直至上清液的pH接近中性。然后用力摇晃使Ti3C2Tx变为单层MXene，最后，溶液在3500rpm转速下离心30分钟以上，收集含有分层薄片的上清液以备进一步使用。
[0031] MOF的合成：Cu(NO3)2(3.6mg,0.015mmol)、三氟乙酸(1.0M×10μL)、PVP(10.0mg)和TCPP(4.0mg,0.005mmol)可在DMF和乙醇(16mL,V:V＝3:1)的混合溶液中于80℃下水热合成3小时。停止加热后，将溶液冷却至室温，在8000r.p.m.转速下离心10分钟，并用乙醇洗涤两次，得到红紫色的二维MOF溶液。最后，将得到的二维MOF重新溶解在10mL的乙醇溶液中，并在4℃下保存。
[0032] MXene@MOF的合成：1mg MXene溶解在DMF和乙醇(16mL,V:V＝3:1)中，加入4mg TCPP，超声30min并搅拌2h使其混合均匀后在室温下静置2h，作为溶液A。Cu(NO3)2(3.6mg,0.015mmol),三氟乙酸(1.0M×10μL),PVP(10.0mg)溶解在DMF和乙醇(48mL,V:V＝3:1)中，作为溶液B。将A溶液缓慢加入至B溶液中，超声混匀10min。用氮气对溶液进行除氧，保证混合溶液中不含有氧气。放置于反应釜中，在85℃下反应3h。所得溶液使用DMF进行离心洗涤三次，12000r/min。最后复溶在10mL DMF中。通过TEM，SEM，XPS，FTIR，UV‑Vis，Zeta对上述三种材料进行表征。
[0033] (2)MXene@MOF的表征及光热和光催化性能验证：
[0034] 使用JEM‑2100F显微镜(日本)拍摄透射电子显微镜(TEM)图像。使用Thermo Fisher K‑Alpha(美国‑赛默飞)记录UPS光谱。使用VERTEX 70(德国布鲁克)记录傅立叶变换红外光谱(FTIR)。使用岛津UV‑2450PC紫外‑可见分光光度计(日本岛津)记录紫外‑可见光(UV‑Vis)光谱。使用光热相机(Fortric 225s)记录红外热成像图片和温度值。808nm 1W/2
cm激光通过808MLKH1000‑GY(东菀市益正电子科技有限公司)获得。
[0035] 验证M@M的光热性能，使用1、10、100μg/mL和1mg/mL的M@M在808nm的激光下照射10min，激光的功率为1w/cm2，温度示数60s记录一次，记录10min。光热稳定性通过三个周期的开关来测定，每个循环20分钟。
[0036] 光催化活性通过TMB来验证。25uL H2O2(2.5、5、7.25、10、12.5mM)，25μLTMB(1、2、3、4、6、8、10、12、15mM)和50μL M@M(1、5、10、100μg/mL)共孵育，在808nm的近红外光下照射
10min，紫外分光光度计测量TMB在652nm处的吸收峰。
[0037] (3)MXene@MOF的抗菌性能验证：
[0038] 使用10μg/mL的MXene@MOF、MXene和MOF验证其对MRSA的抗菌性能。以大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)为细菌模型评价MXene@LM对细菌的膜内蛋白释放能力。
[0039] 将大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和MRSA以三划线的方式接种到琼脂糖培养基中，37℃培养24h。将培养好的细菌的单菌落接种到100mL的LB培养基中，放到摇床中，在37℃下4
130rpm培养18h。将得到的菌液用PBS稀释到2*10CFU/mL用于后续实验。将三种细菌、适当浓度的材料，PBS和H2O2(2.5mM)共孵育。每一组样品用NIR照射为实验组，不光照为对照组。
在光照之后，从1mL样品中取100μL涂板到琼脂糖培养基中，在37℃下培养24h，第二天拍照并分析结果。
[0040] 参见附图，图1为所合成材料的表征图。其中(A)为MXene的TEM图像。(B)为MOF的TEM图像。(C)为MXene@MOF的TEM图像。(D)为MXene、MOF、TCPP、MXene@MOF的UV‑Vis图谱。(E)为MXene、MOF、TCPP、MXene@MOF的FTIR图谱。
[0041] 由图可见：图1A显示MXene超薄纳米片。图1B TEM显示其具备超薄平整的2DMOF的片状结构。图1D显示，TCPP在1525cm‑1处的峰对应羧基C＝O的拉伸振动。图1C显示在较大的MXene片层上折叠生长了许多2D MOF，这表明MXene@MOF是多层折叠的2D异质结。MXene与TCPP配位后，MXene@TCPP在1718cm‑1和1466cm‑1处的双峰出现了，对应CO‑O‑Ti的拉伸振动。图1E所示，MXene@MOF相比于TCPP，q带的四个弱吸收峰转换为一个强吸收峰，卟啉环的2+
特征峰略微红移。表明MXene@TCPP的羧基已与Cu 离子成功配位，并且TCPP的卟啉环中心成功地被金属化。以上结果表明了MXene@MOF的成功制备。
[0042] 参见附图，图2为所合成材料的光热性能验证，具体为：(A)MOF、MXene、MXene@MOF在808nm近红外光照射十分钟下的热成像图。(B)不同浓度的MXene@MOF的升温曲线。(C)MXene@MOF的三次升温降温循环图。
[0043] 由图可知，MXene@MOF的光热能力和MXene以及MOF相比明显增强，并且在多次升温后仍然保持稳定。
[0044] 参见附图，图3为催化性能验证，具体为:(A)TMB在不同反应体系中的UV‑vis光谱图像。(B)M@M对不同浓度的TMB稳态动力学的测定。(C)TMB浓度变化与反应速率的拟合米氏方程曲线。
[0045] 由图可知，图3A说明单独的MXene不具备光催化性能。相比于黑暗环境下，NIR的照射可以显著增强MOF的催化性能。MOF催化并分解H2O2产生大量的羟基自由基(·OH)以氧化TMB，从而在652nm处显示oxTMB的特征峰。通过异质结工程制备的MXene@MOF在黑暗条件下仅有微弱的催化性能。值得注意的是，M@M经过NIR照射，催化H2O2的能力显著提升。图3B说明在TMB梯度浓度范围内，进入平台期时间的持续降低，表明了光催化反应的速率随着TMB浓度的增加而增加。根据Michaelis‑Menten equation，MXene@MOF的Km和最大反应速率(Vmax)分别被计算为Km＝9.64mM,Vmax＝0.81μM/s。
[0046] 参见附图，图4为抗菌性能验证，具体为：图4(A)为不同浓度MXene@MOF在808nm近红外光处理10分钟后E.coli的存活率。(B)为不同浓度MXene@MOF在808nm近红外光处理10分钟后S.aureus的存活率。(C)为不同浓度MXene@MOF在808nm近红外光处理10分钟后MRSA的存活率。
[0047] 由图可知，相比于MXene和MOF，MXene@MOF在808nm近红外光激发下对E.coli、S.aureus和MRSA具有更强的抗菌效果。最低抑菌浓度为10μg/mL。以上结果表明MXene@MOF具有优异的抗菌性能。
[0048] 本发明利用MOF和MXene的相互作用，增强了MXene的光热性能和抗菌性能。该材料对MRSA具有较高的抗菌性能，在10μg/mL的浓度下光照10分钟后能杀灭99％以上的细菌。该材料在生物医学领域特别是对耐药菌的防治具有良好的应用前景。
[0049] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
