本发明涉及抗菌应用领域，具体涉及一种基于羧基化的mxenes(如：ti3c2)量子点的新型抗菌剂的制备及抗菌活性测试方法，属于半导体材料领域。
背景技术：
抗菌剂是一类具有抑菌和杀菌性能的物质或产品，是抗菌材料的核心。抗菌剂中，无机抗菌剂主要是利用银、铜、锌、钛、汞、铅等金属及其离子的杀菌或抑菌能力制得的抗菌剂。无机抗菌剂的优点是耐热性好(＞600℃)、抗菌范围广、抗菌力强、安全性较高等，但是其制造困难，工艺复杂，易变色，且不同的金属在应用中也有限制性。
ti3c2mxene基量子点(mqds)，作为新型无机纳米材料与传统银系材料和碳基材料相比，克服了其稳定性差、生物毒性等问题，是一种安全无毒有着巨大应用潜力的抗菌材料。mqds作为一种新的二维材料家族的成员，凭借其生物适应性高、溶水性良好等多种优势，有望在未来应用于医学成像、生物传感器、光电器件等多个领域，因此研究mqds的抗菌性能具有重要意义。
含氧基团对mqds的性能有很大影响，我们通过电化学方法结合光化学方法制备了羧基化mqds，来提高其抗菌性能，并探究其抗菌机理，拓展其在生物抗菌领域的应用。
技术实现要素：
要解决的技术问题
目前常见的无机抗菌剂材料由于尺寸较大，不易吸附在细菌细胞表面进而难以破坏细胞膜和dna结构，而且很难克服细菌的耐药性，时效性较差。
针对上述问题，本发明旨在提供一种新的抗菌材料设计方案，即采用一种简单的光化学方法，使用uv/h2o2来处理电化学方法制得的mqds得到羧基化mqds，并评估其抗菌性能。
一种基于mxene量子点的抗菌剂的制备方法，其特征在于采用电化学方法与光化学方法相结合制备出羧基化mqds，先使用电化学方法制备得到mqds，将ti3alc2在电解质溶液中聚合为ti3c2量子点；随后使用光化学方法制备羧基化的mqds，通过紫外光照下h2o2产生的羟基自由基与mqds反应，最终得到表面含有大量羧基官能团的mqds。
进一步地，具体制备过程如下：
步骤1：使用块状商用ti3alc2(凯烯陶瓷粉末公司，0.5cm×0.5cm×2cm)作为工作电极，铂丝作为对电极，采用四甲基氢氧化铵(tma·oh)和nh4cl溶液混合为电解液；
步骤2：使用chi660d电化学工作站，通过两电极体系恒电位法制备mqds；扫描电压和扫描时间分别为0.1v和1h；
步骤3：将制备的电解液以8000r/min离心15分钟，取上清液并再次离心，重复多次后直至溶液中不存在沉淀；
步骤4：将溶液用220nm水系聚醚砜针头式过滤器过滤并用21mm(md25)透析袋连续透析3天后，获得mqds水溶液，浓度为0.12mg/ml；
步骤5：将4ml的mqds溶液倒入10ml的玻璃瓶中再加入40微升(30％)的h2o2；超声5分钟使溶液混合均匀后，采用254nm的uv光源照射，uv光强度为8w，混合溶液与uv灯的距离保持0.5cm,照射时间为24h,得到羧基化mqds，浓度仍为0.12mg/ml。
进一步地，所述步骤1中20ml电解液中包含0.1m四甲基氢氧化铵(tma·oh)和0.2mnh4cl溶液；所述步骤2施加电压为0.1v，时间为1h；所述步骤5紫外光源波长为254nm,光强度为8w,溶液与光源保持0.5cm的距离，照射时间为24h。
如上所述方法制备的抗菌剂的抗菌活性测试方法，具体测试步骤为：
(1)配培养基：在锥形瓶中配置100ml的luria-bertani(lb)液体培养基，100ml去离子水中包括了1gnacl1、0.5g酵母和1g胰蛋白胨。在超声作用下将锥形瓶中配制好的lb培养基溶液混合均匀之后将100ml的lb培养基分为2份放入两个锥形瓶中，用膜封好之后放入灭菌箱中进行灭菌处理。
(2)复苏细菌：将冷冻的枯草芽孢杆菌放入水中进行解冻。之后打开酒精灯用酒精擦拭样品，再用酒精灯外焰轻烧放置lb培养基的锥形瓶瓶口。最后将细菌加入到lb液体培养基中混合均匀并放入摇床中培育14h。
(3)配制固体lb培养基：根据固体lb培养基配方将5gnacl、2.5g酵母、5g胰蛋白胨和10g琼脂溶于500ml去离子水中混合均匀。将配好的液体培养基倒入培养皿中制作多个lb固体培养基。
(4)传菌：通过接种环在平板上传菌后将平板用封条封住，放入30℃的摇床中培养约12h。
(5)样品与菌作用：首先配置108cfu/ml的细菌溶液。具体操作如下：20mlpbs放入大试管中备用。之后在10mlep管中放入8mlpbs与一定量的细菌。在2个培养皿中的其中一个加入pbs溶液作为对照组，另一个放入pbs与细菌的混合物后测定其吸收值，使得吸收值在0.2左右即证明得到了108cfu/ml的细菌溶液。取10μl配置好的108细菌溶液加入到1ml的样品溶液中(细菌浓度变为106cfu/ml)后放入37℃培养箱中培育2h。
(6)涂平板：将培育好的106cfu/ml混合溶液稀释至104cfu/ml。之后取100μl溶液滴在平板上，并用涂布棒涂平。同时，每组实验做了两个平行样。最后用封条封装好后放入37℃培养箱中培养12h，观察细菌的生长情况。
本发明有益效果
(1)本发明所述的制备方法简单，成本低廉并且环境友好，具有一定的商业可行性；
(2)本发明通过光化学方法对mqds进行处理，使mqds表面的羧基基团数量显著增加，羧基化的mqds具有极强的抗菌性能。
附图说明
图1为羧基化mqds的tem(a)、hrtem(b)及尺寸分布图(c)；
图2为mqds和羧基化mqds的xps图(a)及mqds和羧基化mqds的o1s图(b-c)；
图3为枯草芽孢杆菌重新培养的琼脂平板照片(a)、(b)；羧基化的mqds溶液的枯草芽孢杆菌失活测定比率(c)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
以电化学制备ti3c2qds为例，具体为：使用块状商用ti3alc2作为工作电极，铂丝作为对电极，采用四甲基氢氧化铵(tma·oh)和nh4cl溶液混合为电解液，使用chi660d电化学工作站，通过两电极体系恒电位法制备mqds；其扫描电压和扫描时间分别为0.1v和1h；将制备的电解液以8000r/min离心15分钟，取上清液并再次离心，重复多次后直至溶液中不存在沉淀；将溶液用220nm水系聚醚砜针头式过滤器过滤并用21mm(md25)透析袋连续透析3天后，获得mqds水溶液(0.12mg/ml)。
随后对制得的mqds施以uv/h2o2调控制备羧基化mqds，具体为：将4ml的mqds溶液倒入10ml的玻璃瓶中再加入40微升(30％)的h2o2；超声5分钟使溶液混合均匀后，采用254nm的uv光源照射，uv光强度为8w，混合溶液与uv灯的距离保持0.5cm,照射时间为24h,得到羧基化mqds(0.12mg/ml)，并对最终得到的羧基化mqds进行抗菌性能的测试。
为了测试其抗菌活性，我们使用了羧基化mqds水溶液处理枯草芽孢杆菌后涂布在琼脂平板上孵育12h，采用细菌计数法对它们的抗菌性能进行了评估。
附图1显示了羧基化mqds的tem、hrtem及尺寸分布情况。
通过uv/h2o2对mqds的处理，我们对制备的羧基化mqds样品进行了tem和hrtem分析。由tem图像可以看出样品显示了尺寸均一、分离良好的纳米颗粒分布。其平均粒径尺寸分布图显示其横向尺寸分布3.5±0.4nm。此外，从高分辨率透射(hrtem)图中明确可见，样品表现出分辨率良好的晶格条纹，条纹间距为0.22nm，与mxene纳米片的(105)结晶面相吻合，表明其核心结构相似，依旧保持着mxene纳米片的基本结构和组成。可以预见，uv/h2o2处理方式主要影响mqds的表界面形态，并没有改变其本征结构。
附图2显示了对mqds和羧基化mqds进行的xps表征，以探究两者的组成及含氧官能团变化。两组样品在xps测试光谱中均表现出相同的元素组成，mqds和羧基化mqds的o含量占比分别为21.66％和23.21％，表明随着mqds中的h2o2的加入，羧基化mqds的氧化程度有些许增加。进一步分析mqds和羧基化mqds表面含氧官能团的变化，将它们的o1s分峰成了四个组分，分别为ti-o，c＝o，c-o和o＝c-oh。mqds在经过uv/h2o2处理后的羧基化mqds的ti-o，c＝o，o＝c-oh基团含量分别增加到9.1％，41.3％和14.6％，c-o基团含量减低到35.0％。结果显示原始mqds经过uv/h2o2处理后，c-o基团含量降低，c＝o和o＝c-oh官能团显著增加，这说明了后氧化处理主要改变了mqds表面的含氧官能团，而其含氧基团的改变会引起mqds的性能的变化。
附图3显示了用pbs和羧基化的mqds分别处理枯草芽孢杆菌菌落后的典型照片。从图中可以看出琼脂平板上的菌落存在显著差异，以pbs溶液的抗菌活性为对照组，随着mqds溶液的加入，菌落数量明显逐步减少。用羧基化的mqds处理枯草芽孢杆菌的失活率超过93.8％。
实施例2
电化学方法制备ti3c2qds，具体为：采用两电极体系恒电位法制备mqds；块状商用ti3alc2作为工作电极，铂丝作为对电极，使用四甲基氢氧化铵(tma·oh)和nh4cl溶液混合为电解液，使用chi660d电化学工作站；其扫描电压和扫描时间分别为0.2v和30分钟；将制备的电解液以9000r/min离心5分钟，取上清液并再次离心，重复多次后直至溶液中不存在沉淀；将溶液用220nm水系聚醚砜针头式过滤器过滤并用21mm(md25)透析袋连续透析3天后，获得mqds水溶液(0.12mg/ml)。
对制得的mqds进行uv/h2o2调控制备羧基化mqds，具体为：将4ml的mqds溶液倒入10ml的玻璃瓶中再加入5微升(30％)的h2o2；超声5分钟使溶液混合均匀后，采用254nm的uv光源照射，uv光强度为8w，混合溶液与uv灯的距离保持1cm,照射时间为24h,得到羧基化mqds(0.12mg/ml)，并对最终得到的羧基化mqds进行抗菌性能的测试。
实验结果表明，羧基化的mqds展现出明显的抗菌活性的改善。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
1.一种基于mxene量子点的抗菌剂的制备方法，其特征在于采用电化学方法与光化学方法相结合制备出羧基化mqds，先使用电化学方法制备得到mqds，将ti3alc2在电解质溶液中聚合为ti3c2量子点；随后使用光化学方法制备羧基化的mqds，通过紫外光照下h2o2产生的羟基自由基与mqds反应，最终得到表面含有大量羧基官能团的mqds。
2.根据权利要求1所述基于mxene量子点的抗菌剂的制备方法，其特征在于，具体制备过程如下：
步骤1：使用块状商用ti3alc2作为工作电极，铂丝作为对电极，采用四甲基氢氧化铵(tma·oh)和nh4cl溶液混合为电解液；
步骤2：使用chi660d电化学工作站，通过两电极体系恒电位法制备mqds；扫描电压和扫描时间分别为0.1v和1h；
步骤3：将制备的电解液以8000r/min离心15分钟，取上清液并再次离心，重复多次后直至溶液中不存在沉淀；
步骤4：将溶液用220nm水系聚醚砜针头式过滤器过滤并用21mm(md25)透析袋连续透析3天后，获得mqds水溶液，浓度为0.12mg/ml；
步骤5：将4ml的mqds溶液倒入10ml的玻璃瓶中再加入40微升(30％)的h2o2；超声5分钟使溶液混合均匀后，采用254nm的uv光源照射，uv光强度为8w，混合溶液与uv灯的距离保持0.5cm,照射时间为24h,得到羧基化mqds，浓度仍为0.12mg/ml。
3.根据权利要求2所述基于mxene量子点的抗菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中每20ml电解液中包含0.1m四甲基氢氧化铵(tma·oh)和0.2mnh4cl溶液；所述步骤2施加电压为0.1v，时间为1h；所述步骤5紫外光源波长为254nm,光强度为8w,溶液与光源保持0.5cm的距离，照射时间为24h。
4.一种采用权利要求1或2所述方法制备的抗菌剂的抗菌活性测试方法，其特征在于具体测试步骤为：
(1)配培养基：在锥形瓶中配置100ml的luria-bertani(lb)液体培养基，100ml去离子水中包括了1gnacl1、0.5g酵母和1g胰蛋白胨；在超声作用下将锥形瓶中配制好的lb培养基溶液混合均匀之后将100ml的lb培养基分为2份放入两个锥形瓶中，用膜封好之后放入灭菌箱中进行灭菌处理；
(2)复苏细菌：将冷冻的枯草芽孢杆菌放入水中进行解冻；之后打开酒精灯用酒精擦拭样品，再用酒精灯外焰轻烧放置lb培养基的锥形瓶瓶口；最后将细菌加入到lb液体培养基中混合均匀并放入摇床中培育14h；
(3)配制固体lb培养基：根据固体lb培养基配方将5gnacl、2.5g酵母、5g胰蛋白胨和10g琼脂溶于500ml去离子水中混合均匀；将配好的液体培养基倒入培养皿中制作多个lb固体培养基；
(4)传菌：通过接种环在平板上传菌后将平板用封条封住，放入30℃的摇床中培养12h；
(5)样品与菌作用：首先配置108cfu/ml的细菌溶液；具体操作如下：20mlpbs放入大试管中备用；之后在10mlep管中放入8mlpbs与一定量的细菌；在2个培养皿中的其中一个加入pbs溶液作为对照组，另一个放入pbs与细菌的混合物后测定其吸收值，使得吸收值在0.2左右即证明得到了108cfu/ml的细菌溶液；取10μl配置好的108细菌溶液加入到1ml的样品溶液中，细菌浓度变为106cfu/ml后放入37℃培养箱中培育2h；
(6)涂平板：将培育好的106cfu/ml混合溶液稀释至104cfu/ml；之后取100μl溶液滴在平板上，并用涂布棒涂平；同时，每组实验做了两个平行样，最后用封条封装好后放入37℃培养箱中培养12h，观察细菌的生长情况。
技术总结