吖啶基多孔材料的合成及其光催化抗菌机理的研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sdiansean
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着社会和医疗技术的不断发展,抗生素成为消灭致病细菌的药物而被广泛关注。然而随着抗生素类药物的过度使用,微生物抗生素耐药性不断增加,细菌感染成为威胁人类健康的全球性问题,解决细菌感染问题成为医学研究中的热点。光催化抗菌治疗(APCT)作为一种经临床验证的抗菌治疗方法,因其疗效显著而受到越来越多的关注。APCT抗菌机理是光敏材料在光激发条件下吸收光能,电子跃迁到导带,产生电子空穴对。其中电子具有强还原性,空穴具有强氧化性,电子空穴对与吸附在材料表面的水分子或氧分子发生反应生成OH·或O2·-等活性氧(ROS),并与细菌的细胞膜,细胞壁等组成成分相互作用,从而引起细菌的死亡。目前,如何获取具有高效ROS生成率的抗菌光催化材料成为众多研究人员研究的重点。吖啶衍生物3,6-二氨基吖啶(DAA)和2,4,6-三甲酰基间苯三酚(TFP)作为高效的小分子抗菌剂,在临床、癌症治疗、工业催化和尖端研究中均有广泛的应用。该类化合物分子在受特定波长光激发后生成ROS,可造成细菌氧化损伤、细菌DNA变性,进而引起细菌死亡。本研究成功制备了两种吖啶基多孔光敏剂框架材料,并对多孔光敏材料的抗菌性能与抗菌机理进行了研究。研究内容主要包括:(1)基于DAA和TFP小分子光敏剂的高效ROS生成率以及APCT效率,结合COFs丰富的孔道结构、良好的稳定性、低密度等特点,本研究通过将DAA和TFP作为光敏材料的配体,合成了一种能在光照条件下高效产生ROS的新型共价有机框架(COF)光敏材料(TPDA)。并结合实验表征测试及分子动力学模拟,研究了 TPDA光催化抗菌效果和光催化抗菌机理。实验结果表明,TPDA的抗菌光催化性能随光敏剂浓度的增大和光照时间的延长而提高。50 μg mL-1的TPDA在光照10分钟的条件下,可对革兰氏阴性菌大肠杆菌(E.coli)和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S.aureus)表现出优异的抗菌活性,并能有效地保护鱼表皮免受大肠杆菌的感染,从而减少细菌对水体的污染。此外,多孔框架中DAA和TFP的引入,使COF具有更多的光催化活性位点,有利于COF材料ROS的产生。分子动力学模拟进一步说明,DAA和TFP的引入增强了 TPDA与细菌表面之间的静电相互作用和疏水作用,进而加强了 TPDA与细菌的接触,导致细菌细胞膜的破裂,进一步协同杀死细菌。此外,对TPDA的光学性能进行分析可知,DAA和TFP的引入使TPDA具有窄的光学带隙,从而增强了 TPDA光能的转换,导致TPDA具有紫外(UV)到近红外(NIR)的宽的光吸收范围,使TPDA具有实现APCT临床应用的潜能。(2)通过后修饰的方法,将DAA引入金属有机框架(MOF)MIL121中,合成新型的复合多孔光敏材料(DAA-MIL121)。其优势在于:1)具有宽光吸收范围的光敏剂DAA的引入,降低了 MIL121的光学带隙,增强了复合光敏材料DAA-MIL121的光吸收范围,从而提高了 MIL121的ROS的生成率;2)MOF丰富的孔道结构有利于氧气的运输,其大的比表面积能够暴露出更多的光催化活性位点,有利于提高ROS产率及其扩散。上述优势均有利于提高DAA-MIL121的光催化抗菌效率。实验结果表明,合成的复合光敏剂DAA-MIL121在光照40分钟后,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有高达98%的抗菌效率。
其他文献
材料的蓬勃发展带动了各式各样传感器的研发,其成果在食品安全、生态环境以及医学诊断等方面有广阔的应用。材料的选择对传感器的性能有较大影响,通过物理、化学等方法处理之后的材料能够提高原材料的某些性能,因此功能材料引起了国内外科研人员的兴趣。钒酸铋作为一种无机光电材料,具有合适的禁带宽度、良好的可见光响应性、光催化活性和生物相容性等优势。本论文基于功能化的钒酸铋开发了如下两种传感器:1.基于钒酸铋的光电
学位
高分子的序列是指单体单元在高分子链中通过共价键连接的次序。DNA等生物大分子具有精密的一级序列结构,从而能够实现复杂且精确的功能。受到自然界大分子精确序列结构的启发,高分子序列调控成为高分子化学的热点研究领域之一。高分子序列调控一般可以分为两个层次,第一个层次是序列可控高分子,单体单元的连接次序有规律,每条高分子链中单体连接次序大体一致,但不完全相同,一般通过“活性”/可控聚合和活性缩聚等方法得到
学位
快速的城市化进程带动了经济发展,同时也造成了城市绿地空间结构和布局的巨大改变。城市内部原有生态栖息地破碎化程度不断加剧,阻碍了生物觅食、繁衍和迁徙的路线,最终导致物种数量和种类的下降,进而影响生态系统服务效益。目前,虽然生态破碎化问题已得到国内外大量关注,但大多数研究是以评估城市景观连通性的演变过程为研究目标,未能提出解决城市景观破碎化问题的有效途径。在此背景下,本文在耦合景观基础设施与景观连通性
学位
细菌黏附于各类材料表面所引起的细菌感染、污染等问题严重影响了人类身体健康,甚至对社会公共卫生系统也会造一定的威胁。构建具有抗菌性能的材料表面,对于保障社会公共健康安全具有重要的现实意义。聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)作为一种典型的温敏性“智能”聚合物,在医疗器械、生物医药等领域受到学者的广泛关注。特别在抗菌领域,链状的PNIPAM分子常被修饰于材料表面,用作可功能切换的抗菌聚合物屏障。然而P
学位
近些年来,将含量丰富的小分子(O2、CO2等)通过电催化和热催化等方法转化为价值更高的化学品(H2O2、CO等)引起了科研人员的广泛研究。然而,由于小分子的固有特性,破坏其稳定结构实现高效转化较为艰难,此外副反应的存在也会导致目标产物选择性的降低。实现高效和高选择性的小分子转化存在较大挑战。钯(Pd)基纳米材料因其独特的物理和化学特性,在小分子的电催化转化和热催化转化领域受到广泛研究,然而其催化活
学位
有机膦化合物具有独特的化学、生物和物理性质,因此它们在农药、医药、阻燃材料、荧光材料、金属配体等领域具有广泛的应用。磷自由基参与不饱和键的反应是构建碳-磷键的主要方法之一。本文围绕如何有效构建碳-磷键和碳-氮键进行了三方面的工作:1、研究了烯烃的膦酰化-酰基化反应。2、研究了铁催化的酰肼与胺的酰胺化反应。3、研究了二烷基亚膦酸酯参与的醛腙膦酰化反应。1、烯烃的膦酰化-酰基化反应研究本研究探索了烯烃
学位
类肝素聚合物是一种人工合成的聚合物,其目的在于模拟天然肝素分子的化学结构,从而达到与天然肝素分子相当的生物活性。不同的类肝素聚合物由于其所含功能基团和含量不同,使得其所具有的生物功能也不尽相同。近年来,许多研究者利用类肝素聚合物来改善血液接触材料表面的生物相容性。表面微纳米结构是除表面化学组成以外影响表面生物性能的又一重要因素,微纳米级圆柱凸起、凹陷、条纹、脊柱以及不规则拓扑结构等均会影响蛋白质或
学位
近年来人们对发展高性能柔性传感器的需求不断增加,希望传感器件可以直接贴附于皮肤表面,以及时获得血压、血糖、脉搏等健康信息。柔性电化学酶传感器因具有操作简单、可对体液中多种生化分子无创检测的特点,受到广泛的研究。其常用的检测原理是:在氧气存在下,氧化酶选择性氧化其底物(待测物),同时生成等比例的过氧化氢(H2O2),通过电化学法测量H2O2的生成来获得溶液中待测物的含量。虽然人们对该原理的研究已经取
学位
高分子的结构决定其性能/功能的特异性。单一分子量序列精确聚合物因精确的分子量、准确的分子结构、明确的序列位置,有利于对高分子结构与性能关系的精准研究,为新型材料的制备和应用提供重要的理论依据。共轭聚合物因其刚性共平面结构、出色的热/化学稳定性以及载流子易迁移等特点,通常表现出优异的光致发光和电致发光等性能,广泛应用于有机发光二极管、太阳能电池、场效应晶体管和光电检测等领域。近年来,多种合成策略及高
学位
有机膦化合物在生命科学、催化反应、材料科学、农用化学品等方面具有广泛的应用,通过构建碳-磷键合成新型有机膦化合物的研究吸引着研究者们长期的关注。本论文围绕如何通过光反应和热反应分别构建碳-磷键展开了研究,主要包括以下三个部分。1、炔烃的磺酰化-膦酰化反应研究本研究探索了可见光催化的炔烃的双官能团反应,通过炔烃、亚磺酸钠、亚磷酸三乙酯“一锅”反应合成了 1-磺酰基-2-膦酸酯基烯烃。研究结果表明,大
学位