淀粉样多肽自组装模板限域调控金纳米结构及其光热抗菌研究

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目前,细菌耐药性已成为世界性难题,严重威胁人类生命健康安全,光热疗法作为一种无创的高效局域抗菌方法,在抗多重耐药菌以及伤口恢复领域体现出广阔的应用前景。设计高效的,生物安全性高,细菌粘附强的光热剂,是扩大其在光热抗菌领域应用的前提。与其他金纳米结构相比,小尺寸金纳米颗粒(Au NPs)近红外光热性能差,但是生物安全性较高,如何增强小尺寸Au NPs的光热性能是目前该领域亟待解决的问题。本文利用淀粉样多肽多级自组装模板限域调控Au NPs,原位还原合成出Au NPs-淀粉样多肽纳米复合材料,利用简便步骤制备出小尺寸Au NPs的同时,提高了其生物安全性,增强了其在NIR区域的光热性能。同时利用淀粉样多肽模板与细菌良好的相互作用,使Au NPs-淀粉样多肽纳米复合材料获得更好的光热抗菌效果。主要研究内容及结果如下:1.具有核/壳结构超小金-淀粉样多肽纳米复合材料的近红外光热抗菌研究。本实验利用金纳米颗粒构建了一种新的具有核/壳结构的金-淀粉样多肽(Aβ25-35)纳米复合材料(Au@AβNCs)。以超小型金纳米颗粒(ca.4.0 nm)为核,Aβ25-35寡聚体(ca.3 nm厚)为壳。与纯Au NPs相比,Au@AβNCs纳米复合材料显示出增强的近红外吸收和光热转换效率,这是由于Au NPs的Aβ25-35壳层的作用。此外,Au@AβNCs可以很好地粘附细菌,并通过淀粉样多肽的固有自组装特性聚集在一起,这有助于细菌的局部光热消融。2.淀粉样多肽多级自组装模板限域调控金纳米颗粒增强其光热杀菌效果。以人胰岛淀粉样多肽(SNNFGAILSS,h IAPP20-29)不同形貌的多级自组装体(寡聚体,细纤维,粗纤维)为模板,原位还原金纳米颗粒(Au NPs),制备出淀粉样多肽与Au NPs共轭的Au-淀粉样多肽纳米复合材料(h IAPP20-29@Au),由于h IAPP20-29自组装模板与双层磷脂分子膜具有穿插但不破膜的特殊相互作用,使h IAPP20-29@Au与细菌能更好的结合。相较于原始Au NPs,h IAPP20-29@Au,其局域表面等离子共振(LSPR)吸收峰发生了变化,并且在808 nm处出现了吸收带,因此表现出更好的近红外光热杀菌性能。并且具有更好的生物相容性。3.基于光活性高温纳米材料的光热抗菌过程研究。在本工作中,我们试图通过STOY9/PI染色方法与平板培养计数法结合深入了解由光热疗法(PTT)引起的细菌死亡过程,其中核壳Au@Si O2纳米棒被用作模型“纳米加热器”,而大肠杆菌(E.coli)为模型细菌。在连续的PTT中,细胞膜表面微形态发生动态变化,而不是外细胞膜的直接破坏,而是引起细胞膜表面微观形态从光滑到粗糙/不均匀和动态变化。然后发生相分离。因此,大肠杆菌的微生物活力可以动态变化,从存活到凋亡(45-55℃),再到凋亡/坏死(约58℃),最后到坏死(>60℃)。基于此,我们可以根据PTT的温度调节,通过凋亡或类似坏死的方式完全杀死细菌。因此,在伤口感染的治疗中,50℃的光热温度,与58℃相比,PTT的愈合效果更好,这是因为尽管它们具有相似的杀菌能力,但是较低的温度和凋亡状态的细菌对正常组织的危害更小。
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