[發(fā)明專利]一種經過還原的金屬氧化物半導體納米材料在抗菌材料中的應用

在審

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• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN113827720A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 任文智;吳愛國;徐晨;馬雪華;陳天翔
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波工業(yè)技術研究院慈溪生物醫(yī)學工程研究所;中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: A61K41/00
• 分類號: A61K41/00;A61K49/00;A61K49/18;A61K49/22;A61P31/04;C01G23/047;B82Y40/00;C01G25/02;C01G23/053;C01B32/194;C01B32/15;C01G9/02;C01G49/08
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 秦萌

本申請公開了一種經過還原的金屬氧化物半導體納米材料在抗菌材料中的應用。本申請的抗菌材料能夠被波長280nm?1700nm的紫外光、可見光與近紅外光激發(fā)產生活性氧自由基與熱，對病原微生物產生殺傷作用，與白TiO₂相比，極大地提高了激發(fā)光波長范圍的利用。該抗菌材料可通過多種機制對病原微生產生抑制作用。在抗菌敷料、抗菌耗材、口罩表面抗菌與自清潔涂層等方面具有廣闊的應用前景。

技術領域

本申請涉及一種經過還原的金屬氧化物半導體納米材料在抗菌材料中的應用，屬于抗菌納米材料領域。

背景技術

TiO₂納米材料是一種寬禁帶半導體材料，具有優(yōu)異的光催化性能，結構穩(wěn)定，表面親水，且生物相容性好，被認為是最有效、環(huán)保的光催化劑。被廣泛地用于清潔能源、食品、化妝品、生物醫(yī)學如抗菌材料等領域。作為一種紫外線激發(fā)的光催化材料，TiO₂可殺滅革蘭氏陰性、革蘭氏陽性細菌及乙肝病毒、皰疹病毒等，但對細菌孢子殺滅效果一般。

TiO₂主要通過紫外線激發(fā)產生的活性氧自由基破壞病原體結構，從而殺滅致病菌。但TiO₂納米材料想要提高其抗菌性能在生物醫(yī)學領域的應用范圍并實現轉化，尚待解決以下關鍵問題。1)以紫外光作為激發(fā)光源。TiO₂屬于寬禁帶半導體材料，其激發(fā)光為紫外光。例如銳鈦礦晶型TiO₂激發(fā)光為3.2電子伏，相當于波長為320納米紫外光。紫外光的穿透深度極其有限，只能對表面病原菌進行殺滅。并且，紫外線是一種突變誘發(fā)劑，對生物體具有一定程度損傷。因此，以紫外線為激發(fā)光源的TiO₂抗菌材料在生物醫(yī)學領域的應用十分有限。如能將激發(fā)光從紫外光區(qū)延伸到可見光區(qū)以及具有生物“水窗”效應的近紅外區(qū)等陽光中的其他光組分，將極大地拓寬TiO₂抗菌材料的生物醫(yī)學應用范圍。2)抗菌機理單一，抗菌活性有待提高。TiO₂依賴于紫外光激發(fā)產生活性氧來破壞細菌結構，在沒有紫外光照條件下即無法產生抗菌活性，這嚴重限制了其抗菌性能的應用范圍。如能將其他抗菌活性材料與TiO₂進行復合，例如破壞細菌膜結構/中斷細菌能量傳遞/抑制酶活性的納米銀、碳納米管、殼聚糖等，形成多途徑抗菌活性，將提高TiO₂納米材料抗菌活性，進一步拓闊TiO₂應用范圍。

綜上所述，開發(fā)近紅外光/可見光激發(fā)的具有多種抗菌機理的TiO₂基納米復合材料具有廣闊的抗菌應用前景。

發(fā)明內容

根據本申請的一個方面，提供了一種經過還原的金屬氧化物半導體納米材料在抗菌材料中的應用，該納米材料具有良好的可見-近紅外光學響應特征，能夠被波長280nm-1700nm的光激發(fā)產生活性氧自由基與熱，對病原微生物產生殺傷作用；該納米材料還可通過熱、活性氧自由基、中斷能量傳導、抑制細胞壁合成、與細胞膜相互作用、干擾蛋白質合成、抑制核酸轉錄與復制等途徑中的至少一種對病原微生物產生殺傷作用。

經過還原的金屬氧化物半導體納米材料在抗菌材料中的應用。

可選地，所述經過還原的金屬氧化物半導體納米材料選自黑TiO₂納米材料、黑ZrO₂納米材料、黑ZnO納米材料中的至少一種。

可選地，所述經過還原的金屬氧化物半導體納米材料的結構選自納米球、中空納米球、納米棒、納米片、納米線、納米管、納米膜、刺狀結構中的至少一種。

可選地，所述抗菌材料還包括摻雜的金屬元素。

可選地，所述摻雜的金屬元素選自鐵、錳、釓中的至少一種。

可選地，所述抗菌材料是異質結結構；所述異質結結構還包括貴金屬、碳材料、金屬氧化物納米材料中的至少一種。

貴金屬與經過還原的金屬氧化物半導體納米材料復合形成異質結結構。