煤气化渣是煤气化工业产生的固体废物,具有优良的物理化学性质,近些年来开发出了多种煤气化渣的高值化利用方式,特别是在多孔材料的制备和应用方面,但其在处理困难、成分复杂的实际工业废水中的应用还研究的尚少。本文以煤气化细渣为原料,利用酸浸法制备出了煤气化渣基碳硅介孔材料（AC-FCGS）,采用碳热还原法制备出了一种煤气化渣基Fe/Cu双活性非均相Fenton催化剂（Fe/Cu-AC-FCGS）,最后将Fe/Cu-AC-FCGS催化剂应用到废纸浆厂二级生化处理出水的深度处理中。 AC-FCGS的制备结果表明原料粒径和酸浓对煤气化渣基碳硅介孔材料的孔结构影响较大,原料粒径和酸浓通过影响残余碳含量和金属氧化物浸出率,从而影响了煤气化渣基碳硅介孔材料的孔结构,在原料选用FCGS1、酸浓为16 wt%（质量分数）、反应温度为30℃、反应时间为30 min的最优条件下制备得到了比表面积为566 m2/g、孔容为0.528 cm3/g、孔径主要分布在2-5 nm的AC-FCGS;AC-FCGS吸附甲基橙的过程符合Langmuir等温线模型,AC-FCGS对甲基橙的吸附量可达89.13 mg/g,吸附动力学符合伪二阶动力学模型。 碳热还原法制备Fe/Cu-AC-FCGS研究结果表明,Fe/Cu-AC-FCGS中活性物质的组成和含量由煅烧温度和Fe/Cu摩尔比所控制,而浸渍液浓度通过控制Fe/Cu-AC-FCGS中活性位点的数量,从而影响了Fe/Cu-AC-FCGS的催化活性。在煅烧温度为900℃,浸渍液浓度为0.2 mol/L,Fe/Cu摩尔比为2:1的条件下,制备出来的催化剂具有最高的活性,对氯苯酚的去除率可达96.82%。此时Fe/Cu-AC-FCGS中的活性物质主要以Fe0和Cu0的形式存在,其含量分别为5.24%和2.48%。 Fe/Cu-AC-FCGS催化剂催化H2O2深度处理造纸中段废水的研究结果表明,废水处理最佳工艺为初始p H为5,H2O2投加量16 mmol/L,催化剂投加量1.25 g/L,反应时间120 min,此时COD去除率为67.85%,色度去除率为97.44%,出水CODCr值为63.13 mg/L。回用5次后的Fe/Cu-AC-FCGS催化剂经过碳热还原再处理,COD去除率和色度去除率分别从38.27%和65.79%提高到52.49%和82.17%。Fe/Cu-AC-FCGS催化H2O2反应体系更加符合伪二级动力学反应,催化反应体系中·OH为主要的氧化物质。Fe/Cu-AC-FCGS催化H2O2能够有效降解废水中的有机物,大大降低废水的污染负荷。 ...
介孔二氧化钛纳米粒子具有高比表面积、孔径均一可调、良好的稳定性和耐用性以及高效的光催化活性等优势,在紫外吸收、光催化和化学稳定性等方面的能力优于普通二氧化钛纳米粒子,且粒径越小的介孔二氧化钛纳米粒子性能越高。因此,均一化制备小尺寸介孔二氧化钛纳米粒子是实现其在抗紫外线和抗菌等生物医学领域应用的关键。瞬时纳米自组装技术是一种能够在极短时间内实现纳米尺度材料自组装的技术,其基于分子间作用力和热力学驱动力的原理,通过精确控制相关反应条件和前驱体性质,可使纳米材料在短时间内自发地形成有序结构,具有高效、精准和可控的特点,在均一化制备具有特定形状、尺寸和功能的纳米结构方面具有显著优势。为此,本论文提出一种多步瞬时纳米自组装体系,通过对钛前驱体的水解和缩合驱动力进行调节,旨在均一化制备小尺寸介孔二氧化钛纳米粒子（Multi-step preparation of Mesoporous Titanium Nanoparticles,M-MTNs）,并对其光催化特性、紫外线防护能力以及抗菌效果进行系统性评价,开展了如下研究工作: （1）通过多步瞬时纳米自组装技术成功制备出了小粒径（35 nm）、高比表面积（416.9m2/g）、大孔体积（0.59 cm3/g）的介孔二氧化钛纳米粒子M-MTNs,其光催化活性优于市售P25和传统方法制备的B-MTNs。 （2）通过小鼠皮肤急性光损伤模型,评估了M-MTNs的抗紫外线能力和安全性,M-MTNs显著减轻了紫外诱导的小鼠皮肤急性损伤,降低了损伤部位促炎细胞因子水平,与P25和B-MTNs相比具有更强的保护皮肤免受紫外损伤能力,未见系统性毒副作用。 （3）M-MTNs比B-MTNs及P25展示出更优异的抗菌能力,其可显著加快小鼠绿脓杆菌感染伤口的愈合进程,降低损伤部位促炎因子水平,促进胶原蛋白沉积、肉芽组织再生以及新生血管的形成,具有比P25和B-MTNs更强的体内外抗菌能力。 综上所述,本论文开发了多步瞬时纳米自组装技术实现小尺寸介孔二氧化钛纳米粒子的均一化制备,为复杂有序纳米结构的宏量均一构筑提供新方法;构筑了具有优异光学特性的介孔二氧化钛纳米粒子,为皮肤损伤的高效、安全防治提供新材料。 ...
癌症严重威胁人类的健康和幸福生活。纳米载体在提升癌症治疗效率方面发挥了重要作用。壳聚糖和聚多巴胺分别作为天然聚合物和人工合成聚合物,具有良好的生物相容性,是药物递送载体的良好选择。如何将药物精准释放在肿瘤部位是提高肿瘤治疗效率的首要问题。提高抗癌药物的利用效率有利于进一步增强癌症治疗效果。合适的封孔剂有助于纳米载体以理想的方式将药物递送至肿瘤部位。此外,合理设计纳米载体的化学修饰,药物负载和封孔步骤,使药物在纳米颗粒的制备过程中保持原有活性,是构建药物递送平台不容忽视的问题。 基于上述考虑,本论文首先构建了基于壳聚糖（Chitosan,CS）的温敏纳米平台用于肿瘤光热和化学联合治疗。然后,将CS与1-十四醇共包裹的介孔聚多巴胺（Mesoporous polydopamine,m PDA）纳米颗粒用于双重增强抗肿瘤治疗。基于肿瘤微环境独特的生理特征,开发了Mn O2封孔并包裹血小板膜的m PDA纳米颗粒用于肿瘤化学和化学动力学协同治疗。最后,将CS优先功能化,并通过物理吸附对m PDA纳米颗粒进行封孔,用于双向增强抗肿瘤治疗。本论文的具体内容如下: （1）基于壳聚糖的温敏纳米平台用于肿瘤光热和化学联合治疗 为了将药物精准递送至肿瘤部位并释放,本研究构建了基于CS的温敏纳米平台用于乳腺癌光热和化学联合治疗。将p H敏感的CS与温敏材料聚N-乙烯基己内酰胺（Poly-N-vinylcaprolactam,PNVCL）接枝,并用靶向配体生物素（Biotin,Bio）修饰,制备聚合物Bio-CS-PNVCL。该聚合物通过自组装形成负载吲哚菁绿（Indocyanine green,ICG）和阿霉素（Doxorubicin,DOX）的DOX/ICG@Bio-CS-PNVCL纳米颗粒。在近红外光的照射下,ICG将近红外光转化为热,诱导纳米颗粒中的PNVCL发生显著的亲疏水相变并释放药物。体外和体内实验的结果表明,该药物递送系统具有良好的生物相容性,能够特异性地被乳腺癌细胞摄取,并有效地引起乳腺癌细胞死亡。 （2）壳聚糖与1-十四醇共包裹介孔聚多巴胺纳米颗粒用于双重增强抗肿瘤治疗 为了解决长时间化疗和高温光热治疗效果差的问题,本研究开发了CS与1-十四醇（1-Tetradecanol,TD）共包裹的m PDA纳米颗粒用于增强肿瘤化疗和光热治疗。将m PDA纳米颗粒共负载阿霉素（DOX,D）和糖酵解抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖（2-Deoxy-D-glucose,DG）。然后,将相变材料TD作为门控开关填充在m PDA中。将CS依次与聚乙二醇二羧酸和靶向配体生物素接枝,制备聚合物Bio-CS-PEG（BCP）。最后,将BCP包裹在纳米颗粒表面,制备D/DG@m PDA@TD/BCP纳米平台。纳米颗粒通过生物素主动靶向至肿瘤细胞。在激光照射下,m PDA进行光热转换,用于肿瘤光热治疗。此外,m PDA产生的热能够诱导TD发生固-液相变,导致门控打开,药物释放。DG可以降低细胞内ATP含量,从而抑制热休克蛋白90（Heat shock protein 90,Hsp90）表达,提高肿瘤细胞对热的敏感性,增强光热治疗效果。此外,DG导致的线粒体超极化可以增强DOX诱导的线粒体去极化,从而促进细胞凋亡,提高化疗效率。该纳米平台在细胞和动物实验中均表现出良好的治疗效果,提供了一种优异的策略用于同时增强化疗和光热治疗,提升了乳腺癌治疗效率。 （3）MnO2封孔并包裹血小板膜的介孔聚多巴胺纳米颗粒用于肿瘤化学和化学动力学协同治疗 介孔聚多巴胺通过π-π堆积或分子间作用力负载药物易导致药物早期泄露,因此,本研究将Mn O2作为智能封孔剂构建多功能纳米平台。将顺铂（Cisplatin,CP）负载到m PDA纳米颗粒中,并用Mn O2封孔。然后,将血小板膜（Platelet membrane,PLTM）包裹在纳米颗粒表面,制备PLTM-CP@m PDA/Mn O2纳米平台。PLTM上的P-选择素能够与卵巢癌细胞膜上高表达的CD44受体结合,从而赋予纳米颗粒靶向性能。此外,PLTM上的CD47蛋白可以阻止纳米颗粒被巨噬细胞吞噬,有利于免疫逃逸。Mn O2在肿瘤微环境中被高浓度的谷胱甘肽还原为Mn2+,导致CP释放。Mn2+可以催化H2O2生成·OH,进行化学动力学治疗。CP既可以作为化疗药物,又能够增加细胞内的H2O2浓度,增强化学动力学治疗,实现化疗和化学动力学治疗的协同作用。此外,Mn2+还可以用作磁共振成像的造影剂。研究发现,PLTM-CP@m PDA/Mn O2纳米颗粒能够靶向卵巢癌细胞,并在肿瘤部位引起广泛的细胞凋亡。此外,该纳米平台具有良好的血液相容性。总之,该纳米平台以Mn O2为智能封孔剂,实现了卵巢癌化学和化学动力学协同治疗。 （4）功能化壳聚糖包裹介孔聚多巴胺纳米颗粒用于双向增强抗肿瘤治疗 为了避免通过化学反应进行封孔影响所负载药物的活性,本研究将化学反应与封孔步骤分开,巧妙地保护了药物活性。首先,通过透明质酸（Hyaluronic acid,HA）和聚乙二醇二羧酸修饰CS制备聚合物HA-CS-PEG。然后,利用m PDA纳米颗粒负载DOX和槲皮素（Quercetin,QUE）。最后,将HA-CS-PEG通过物理吸附包裹在m PDA表面,制备DOX/QUE@m PDA/HA-CS-PEG纳米颗粒。在HA的靶向作用下,纳米颗粒聚集在肿瘤部位。在微酸性的肿瘤微环境中,CS通过质子化溶胀,使DOX和QUE释放。QUE是抗血管生成剂,能够抑制血管生成。在近红外光的照射下,m PDA进行光热转换用于光热治疗。此外,QUE能够抑制热休克蛋白70（Heat shock protein 70,Hsp70）表达,增强光热治疗效果。而光热治疗产生的高温又能进一步破坏肿瘤血管,实现了抗血管生成和光热治疗之间的相互增强。我们探究了QUE对细胞内ATP含量的影响,通过细胞和动物实验评估了该纳米平台的乳腺癌治疗效果。 本论文中,我们构建了功能化壳聚糖/聚多巴胺纳米药物,依次实现了不同治疗方法之间的联合、增强、协同和相互增强,提高了抗癌药物的治疗效率。 ...
本研究以介孔二氧化硅纳米颗粒（Mesoporous silica nanoparticles,MSN）为研究对象,深入探讨了其作为新型绿色纳米杀菌剂对马铃薯晚疫病病原体—致病疫霉菌（Phytophthora infestans）产孢过程的控制效果及其作用机制,并系统研究了MSN对马铃薯植株生长、生理生化特性、元素吸收以及抗病性的影响。通过在实验室前期合成方法的基础上对MSN进行扩孔,合成了具有超高比表面积（786.28 m2/g）的MSN,通过扫描电镜、透射电镜、傅里叶红外光谱、zeta电位测定等多种技术手段,对MSN的物理化学特性进行了全面表征,发现其具有高比表面积、多孔结构、表面富含羟基且带负电等特性。平板对比试验表明MSN能长期有效抑制P.infestans的生长,与商业杀菌剂相比具有显著优势。 此外,研究发现MSN能够显著抑制P.infestans的生长和繁殖,主要表现在孢子囊形态结构的改变、游动孢子释放和生物膜形成受抑制以及游动孢子侵染能力下降等方面。P.infestans孢子囊的产生和质量直接影响病菌的传播范围和侵染能力,进而影响病害的发生和流行。对比实验结果表明,经过MSN处理的P.infestans孢子囊畸形率与对照组相比有显著差异,在200 mg/mL的MSN处理下,孢子囊畸形率可达50%以上,而对照组的畸形率仅为10%左右,孢子囊萌发率和游动孢子释放率也分别下降了66.7%和48.5%。 在深入探究氧化应激及DNA损伤的实验过程中,发现MSN处理可诱导P.infestans孢子囊产生氧化应激反应,诱导产生三种不同类型的活性氧（ROS）,具体包括超氧阴离子(O2·-)、羟基自由基（·OH）和单线态氧（1O2）,ROS的大量积累对P.infestans孢子囊的细胞结构和功能产生了多方面的影响,导致抗氧化酶活性变化,细胞膜脂质过氧化损伤、使细胞内容物质泄漏并造成DNA损伤,从而抑制孢子囊的致病性,并且随着处理时间的延长,MSN还可能在孢子囊内部聚集并进一步引发游动孢子的死亡。 结合转录组学分析进一步揭示了MSN对P.infestans产孢期间基因表达的影响。研究发现,在MSN处理下,P.infestans共有853个差异表达基因（DEGs）,其中342个基因上调,511个基因下调。特别是在氧化应激和解毒相关基因中,6个氧化应激相关基因表达上调,10个解毒相关基因表达下调,表明MSN可能 通过诱导氧化应激来抑制P.infestans的产孢或孢子囊畸形生长。此外,核糖体生物合成和嘌呤代谢途径中的基因表达统一下调可能影响P.infestans的能量消耗和嘌呤水平,进而影响其生长和致病能力。 盆栽实验中,带有异硫氰酸荧光素（FITC）标记的MSN被观测到能够从马铃薯（Solanum tuberosum）叶片向下转移到根部,增强植株的生理和生化过程,提高对P.infestans的抵抗力,促进植株伸长生长并增强抗倒伏能力。实验数据显示,经过MSN处理的马铃薯植株在水分含量、叶绿素含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量方面均有显著增加,并且能够影响马铃薯植株对各种微量元素的吸收与利用。特别是在300 mg/L的MSN处理下,马铃薯叶片的水分含量增加了3.98%,可溶性糖含量增加了21.5%,脯氨酸含量增加了10.47%。MSN处理还显著提高了叶片中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）等抗氧化酶的活性,增强植株抗氧化防御能力。这些结果表明,MSN不仅能提高马铃薯的水分保持能力,还能增强其对非生物胁迫的抵抗以及马铃薯晚疫病病原菌P.infestans的侵染。 在土壤微生物安全性方面,MSN对土壤微生物群落多样性的影响不显著。主成分分析（PCA）结果显示,MSN处理的土壤样本与对照组样本的相似性高,表明MSN对土壤微生物群落结构的影响有限。Chao 1指数和ACE指数作为评估样本丰富度的指标,结果显示MSN处理的土壤样本与对照组样本的差异不显著,表明MSN对土壤微生物群落的丰富度影响较小。Shannon多样性指数显示,MSN处理的土壤微生物群落多样性较高,表明MSN对土壤微生物群落的多样性影响不显著。 综上所述,本研究证实了MSN作为一种新型绿色纳米杀菌剂在控制马铃薯晚疫病中的潜力。MSN不仅能显著抑制P.infestans的生长和繁殖,还能增强马铃薯植株的生理和生化过程,提高植株对病原体的抵抗力,且对土壤微生物友好。这些发现为开发新型、环保的马铃薯晚疫病控制策略提供了科学依据,对于全球食品安全和农业可持续发展具有重要意义。 ...
废塑料大量累积引发的环境污染问题日趋严峻。重要的化工基础原料单环芳烃(MAHs)依赖于石油的催化重整制备,但石油资源日渐枯竭且不可再生,需寻找新的可再生的替代原料来制备。通过催化裂解可将废塑料定向转化为高附加值MAHs,这不仅使解决了废塑料的环境污染和能源枯竭问题,还实现了废塑料资源化利用。ZSM-5分子筛被广泛用于催化转化塑料制芳烃。但传统ZSM-5分子筛合成使用纯化学原料和有机模板剂,存在合成成本高和环境污染的问题,此外由于ZSM-5分子筛的微孔限制造成扩散问题,导致积碳的产生,降低了催化剂的活性。本文使用粉煤灰为铝源,硅溶胶或硅灰为硅源,通过水热活化-晶化两步法,不使用有机模板剂低成本合成了ZSM-5分子筛;进一步考察合成的分子筛催化裂解混合塑料(MPP)和实际混合塑料废弃物(MPW)制备MAHs的性能。主要研究内容和结论如下: (1)使用碱熔粉煤灰和硅溶胶通过水热活化-水热晶化两步法合成了ZSM-5分子筛(FAZ-2-48h)。通过对比催化裂解单种塑料和混合塑料的研究证明:富氢塑料(LDPE和PP)和贫氢塑料(PS)之间存在协同作用,促进了液体产率的提高。在550°C,剂料比为1:1时,使用FAZ-2-48h催化裂解MPP时液体产率为42.7%,MAHs选择性为84.3%。催化裂解MPW时,液体产率为24%,MAHs选择性为86%,均高于商业ZSM-5(CZSM-5,21.6%,82.2%)。长期裂解实验表明FAZ-2-48h具有良好的使用稳定性。进行成本核算,FAZ产品售价最高可达95.11元/kg,显著低于CZSM-5售价(约240元/kg) (2)在上述水热活化-晶化两步法合成过程中通过添加甘蔗渣、甘蔗渣水解液和甘蔗渣炭合成三种介孔ZSM-5分子筛,分别命名为GZZ、GZZS和GZZT。结果表明所有合成的分子筛的平均孔径在2.5nm左右,且b轴厚度变薄,这有助于提高传质速率。将合成的分子筛用于550°C催化裂解MPP,其中0.9-GZZ的MAHs选择性最高为92.7%,比FAZ-2-48h高8.4%,液体产率达到了40.33%。使用0.9-GZZ催化裂解MPW时,液体产率为26.0%,MAHs选择性为88.2%,均高于FAZ-2-48h。长期稳定性实验表明0.9-GZZ具有良好的稳定性。 (3)为了进一步降低分子筛的合成成本,分别使用硅灰充当硅源,粉煤灰充当铝源,通过水热活化-晶化两步法合成了ZSM-5分子筛。在550°C,剂料比为1:1的条件下,FSZ-2-72h催化裂解MPP的液体产率最高,达到50.03%,MAHs选择性为84.13%。在裂解MPW时,液体产率和MAHs选择性分别为28%和88%,催化效果均优于CZSM-5。经过成本核算,FSZ-2-24h售价最高可达90.71元/kg,低于FAZ分子筛(95.11元/kg)和CZSM-5的售价(240元/kg) ...
背景与目的 皮肤作为人体抵御外部损伤和病原体的首要屏障,其物理结构（角质层和皮脂膜）受损会形成创面,破坏组织完整性及微环境稳态,触发复杂的炎症修复反应。快速愈合至关重要,但伤口也易成为细菌入侵门户。一旦感染,不仅延缓愈合,更可导致严重组织损伤。感染微环境常因缺氧糖酵解呈现酸性（p H<7.4）和湿润特征,利于细菌定植增殖,使细菌感染性伤口愈合成为临床难题。 抗生素是感染治疗的核心手段,但长期广泛使用导致严峻的耐药性问题。细菌通过外排泵等机制产生多药抗性,不仅使传统疗法失效风险增高,也显著增加并发症概率。抗菌肽（AMPs）是天然免疫的关键组分,具有广谱抗菌活性。其独特的作用机制有效规避了耐药性产生,且致敏性低、无残留,成为后抗生素时代极具潜力的新一代抗菌药物。例如,硫酸多粘菌素B（PMB）作为一种带多个正电荷的多肽,能特异性结合革兰氏阴性菌外膜的阴离子脂多糖,破坏膜完整性导致细菌死亡。 然而,抗菌肽的应用面临双重挑战:一是潜在的细胞毒性,源于其对宿主细胞膜可能的非特异性攻击;二是生物利用度不足,涉及体内快速降解、吸收效率低及组织分布不均等问题。因此,亟需开发合适的药物递送载体以提升其利用度和安全性。 介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNs）以其优异的递送性能和易修饰性成为理想载体。受贻贝启发,通过多巴胺自聚合在MSNs表面形成聚多巴胺（PDA）修饰层。PDA不仅赋予载体强大的粘附能力和光热转换特性,实现抗菌肽的光控靶向释放,更能产生光热-抗菌肽协同抗菌效应。结合联合治疗与剂量优化策略,可有效降低毒性并显著提升抗菌肽生物利用度,为突破传统抗菌局限提供关键方案。 此外,PDA表面富含邻苯二酚、亚胺及氨基等活性基团,能有效锚定外源分子如透明质酸（HA）。HA作为细胞外基质天然组分,其独特结构赋予载体多重优势:优异的生物相容性保障安全;长链分子通过空间位阻效应与表面电荷调控共同提升纳米颗粒的稳定性和分散性。将HA作为最外层修饰屏障,可有效降低对正常组织的毒性并维持长期稳定性。 针对传统单一抗菌系统穿透生物膜能力弱、局部药物浓度不足等缺陷,本研究开发了一种协同光热治疗的新型纳米抗菌剂。该设计旨在感染微环境特有的酸性p H和过量酶条件下实现药物精准释放,并利用近红外光（NIR）照射产生局部高温,基于光热-抗菌肽协同作用显著增强抗菌效能。该策略有望在高效杀灭耐药菌的同时保护正常组织,为加速细菌感染创面愈合提供创新解决方案。 研究方法 1.本研究首先运用溶胶-凝胶法制备MSNs,此方法是经典St?ber法的改良版本[1]。在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（Cetyltrimethyl ammonium bromide,CTAB）所构建的模板体系当中,以水杨酸钠作为催化剂,有机硅前驱体四乙氧基硅烷（Tetraethyl orthosilicate,TEOS）借助可控的水解以及缩合反应实现定向聚合。借助CTAB模板的限制作用来调控产物形貌,水杨酸钠促进硅氧烷键的形成,以获取结构有序的硅基纳米材料。然后,洗涤除去表面活性剂CTAB,得到MSN。该纳米粒子用于负载PMB,并在微碱性条件下,实现多巴胺的自聚合形成PDA涂层。利用HA与PDA纳米层间的相互作用进一步修饰改性,从而制备出纳米抗菌剂（MPDH NPs）。 2.本研究运用多种表征技术对纳米抗菌剂的理化性质进行分析:借助扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）以及透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope,TEM）来观察纳米颗粒呈现出的形貌特征以及内部结构状况;依靠粒度分析仪测定其粒径分布;结合Zeta电位分析仪评估其稳定性;利用X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS）来表征表面化学组成;采用紫外分光光度计测定载药量以及药物释放相关参数。 3.本研究借助808 nm的NIR系统评估MPDH NPs光热性能:在特定的功率密度下照射纳米材料10 min,利用热成像仪对溶液温度变化进行实时监测,依据时间-温度曲线来计算纳米抗菌剂的光热转化效率,以此评估该纳米抗菌剂的光热转换性能。 4.通过生物相容性评价体系系统评估MPDH NPs的体外安全性: （1）细胞毒性实验:选用NIH 3T3小鼠胚胎成纤维细胞系,通过MTT法检测0-100μg/m L的浓度梯度下MPDH NPs处理48 h后细胞存活率,评估其生物相容性。 （2）溶血实验:首先把MPDH NPs溶液和新鲜的小鼠红细胞悬液进行混合,接着将样品孵育后离心处理,测定上清液吸光度,将dd H2O为阳性对照,把PBS为阴性对照,通过溶血率定量评价血液相容性。 5.挑选了金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus,S.aureus）、大肠杆菌（Escherichia coli,E.coli）以及耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（Methicillin-resistant Staphylococcus aureus,MRSA）这三种菌株,通过菌落计数的方式来评估抗菌活性,同时结合细菌活死染色来检测细菌的存活状态,以此评价MPDH NPs的体外抗菌性能。 6.构建MRSA感染的小鼠全层皮肤缺损模型,以评价MPDH NPs及其协同光热联合治疗的体内抗菌效能。先通过创面组织活菌计数,明确纳米抗菌剂的灭菌能力;再结合苏木精-伊红（H&E）染色,观察愈合早期阶段的炎症细胞动态以及上皮化程度,运用Image J软件量化伤口愈合率,绘制创伤区域变化曲线,监测收缩与再上皮化进程。采用Masson三色染色法,定性评估胶原纤维的形成和沉积规律;检测心、肝、肾等器官的生物毒性,评估MPDH NPs的体内安全性。 结果 1.借助SEM、TEM、XPS以及FTIR等系统表征手段,证实了MPDH NPs的结构,验证了PMB药物的高效封装,同时证明了PDA和HA成功修饰。光谱分析以及显微观察的结果表明,在合成过程中并未出现晶型转变或者物相分解的情况,说明材料制备工艺较为稳定。引入PDA功能层之后,纳米颗粒具备光热性能,在NIR激光照射时可迅速升温至50 ~oC以上,达到了热消融抗菌所需要的温度,为协同光热-化学抗菌创造了条件。 2.采用紫外分光光度法测定,结果显示MPDH NPs的PMB载药量为23.8%,包封率达20.8%,实现了药物有效负载。动态光散射（DLS）结果显示,其水合动力学直径为213.2±2.7 nm,此结果证实纳米抗菌剂于溶液中的分散性良好。SEM表征呈现出均匀球形颗粒且无团聚,这与DLS结果相契合。 3.DLS结果显示,MPDH NPs呈现出稳定的分散状态。MPDH NPs具有p H响应性药物控释行为,在模拟感染微环境（p H 5.5）的情况下,72 h的累积释放量相较于生理环境（p H 7.4）显著增加。 4.体外生物安全性评价说明MPDH NPs对NIH 3T3细胞有较低细胞毒性,这证实了其良好的生物相容性。体外溶血实验显示,该材料的溶血率为1.07%,此数值低于国际安全阈值5%。 5.体外抗菌实验结果显示,MPDH NPs针对革兰氏阳性菌（S.aureus）、革兰氏阴性菌（E.coli）以及耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）均具有显著的抑菌效果。在经MPDH NPs处理后,三种菌株的存活率分别是5.9%、6.3%和7.4%,抗菌效率均超过93%以上。 6.动物实验结果显示,经9天治疗后MPDH NPs+NIR组伤口面积仅为1.3%,伤口处细菌存活率几乎为零,这表明抗菌肽与光热协同治疗相结合用于耐药菌感染创面治疗效果显著。MPDH NPs利用光热效应使局部产生高温,同时抗菌肽发挥膜破坏作用,有效清除病原菌。此外,MPDH NPs可促进上皮细胞增殖以及血管新生,可加快创面的愈合速度。另外,MPDH NPs处理组未发现明显毒性,进一步说明了MPDH NPs的生物安全性。 结论 本研究聚焦于细菌耐药性致使的感染伤口愈合难题,构建了抗菌肽与光热协同治疗体系。该纳米抗菌剂整合抗菌肽膜靶向杀菌机制和光热纳米材料介导的局部升温效应,协同发挥作用。抗菌肽的物理破膜行为可避免传统抗生素耐药问题,光热效应破坏生物膜结构提升抗菌肽渗透性并结合光热对细菌的消融作用,从而有效抑制耐药菌增殖。制备的MPDH NPs在感染部位酸性条件下可实现精准释放药物,808 nm的NIR照射下通过释放PMB协同PTT,实现对S.aureus、E.coli和MRSA的抗菌效果。小鼠伤口感染模型证实了MPDH NPs能有效促进感染伤口愈合,为抗菌材料的开发提供理论参考和实验依据。 ...
研究背景: 牙周炎（Periodontitis）是一种由宿主免疫系统对牙周生物膜微生物群异常应答引发的慢性炎症性疾病。在其发生发展过程中,慢性炎症或过度炎症反应会导致组织微环境失衡,从而阻碍组织修复与再生。因此,控制炎症,恢复骨修复再生能力是牙周炎治疗的关键。二氧化铈（Cerium dioxide,CeO2）具有清除活性氧（Reactive oxygen species,ROS）的功能,能够通过双重调节重塑炎症微环境:一方面直接下调促炎因子表达,另一方面通过调控巨噬细胞表型转换,显著促进M2型修复性极化并抑制M1型促炎极化,从而有效阻断"ROS-炎症"的恶性循环。然而,其对晚期牙周炎导致的牙槽骨缺损修复作用有限。二甲双胍（Metformin,MET）作为目前临床中最常用的糖尿病药物之一,其在骨再生修复方面的作用越来越受到关注。然而,MET存在两个主要局限性:一方面,其极强的水溶性导致体内药物浓度不稳定;另一方面,其单独作用于炎症状态下的组织时,骨再生效果并不理想。综上所述,本研究成功制备了一种新型CeO2@MET纳米治疗平台,该平台在炎症环境中通过CeO2的类抗氧化物酶作用高效清除过量ROS,有效缓解炎症反应;同时负载的MET通过调控RUNX2等成骨相关基因表达,显著增强炎症条件下的骨再生能力。此设计创新性解决了单一CeO2材料骨修复效能不足的局限,并利用介孔CeO2的缓释特性将MET释放周期延长,实现药物浓度的稳定维持。该体系既保留了CeO2自身抗氧化及抗炎的材料优势,又通过提升MET的生物利用度增强其促骨再生疗效,为纳米载体与临床药物协同治疗牙周炎等炎症性骨缺损疾病提供了新策略。 目的: 制备具有介孔形态的纳米CeO2,并将其与MET进行负载,以获得CeO2@MET复合材料。系统评估该复合材料在体外炎症模型中对骨质破坏的修复效果,实现调控炎症,修复骨再生能力的目的。 实验方法: 1.采用水热法成功制备介孔形态CeO2,随后通过物理吸附法负载MET,得到CeO2@MET复合材料。 2.利用扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）和透射电子显微镜（Transmission electron microscope,TEM）分析CeO2@MET的形貌;采用动态光散射（Dynamic light scattering,DLS）测定粒径分布。通过紫外-可见光谱（UV-visible spectroscopy,UV-vis）、X射线衍射（X-ray photoelectron spectroscopy,XRD）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）和傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy,FT-IR）对CeO2@MET的组成、结构及化学状态进行表征。 3.通过ROS检测试验评估材料的抗氧化能力;通过透析检测药物的释放能力;在体外实验检测中,分别采用CCK-8法评估细胞活力,并结合细胞活/死染色实验检测其生物安全性。 4.通过细胞划痕实验评估不同材料对细胞迁移的影响。通过碱式磷酸酶活性（Alkaline phosphatase、ALP）实验测定促成骨效果,评估CeO2@MET的促成骨作用。 结果: 1.介孔CeO2纳米粒子被成功合成,并且MET药物分子被有效负载于其表面,形成CeO2@MET复合纳米粒子。该复合材料实现了MET的缓慢释放,从而显著延长了药物的释放时间。在体外实验中,通过检测活性氧ROS产量,我们发现MET的负载并不影响二氧化铈纳米粒子的抗氧化能力。相比之下,在清除超氧自由基(O2.-)方面,负载了MET的CeO2@MET复合纳米粒子表现出略微提升的效果。 2.体外生物相容性实验表明,当药物浓度低于100μg mL?1时,CeO2@MET复合纳米粒子没有显示出显著的细胞毒性,这一结果为其在医学领域的临床应用奠定了基础。此外,在适宜浓度下,实验还发现CeO2@MET能够在非炎症环境中促进细胞增殖。 3.进一步的体外实验验证了CeO2@MET纳米粒子的成骨能力。通过染色结果,我们检测到碱性磷酸酶的表达显著增加,表明在炎症状态下,该复合材料对细胞的成骨作用更为显著。 结论: 本研究成功设计并合成了一种新型的CeO2@MET纳米复合材料。这一创新材料解决了MET因水溶性强而导致的快速释放问题,实现了药物的缓慢释放。基于纳米二氧化铈本身出色的抗氧化和抗炎特性,该研究通过负载MET进一步增强了材料的生物功能,最终实现了抗氧化、抗炎与促进骨再生的多功能协同作用。值得注意的是,在炎症环境中,CeO2@MET不仅有效减轻了炎症对细胞的损伤,还提升了骨再生能力,这一发现为该纳米材料在骨修复及相关临床应用领域带来了重要价值。 ...
抗生素残留的检测对保障生态环境安全和公众健康至关重要。在众多分析方法之中,荧光分析法因具备高灵敏度、操作简单和响应速度快等优点而被广泛应用。然而,大部分抗生素荧光传感体系存在光稳定性不足、水分散性差等问题,严重制约了其对目标物的检测灵敏度。因此,制备高灵敏度、高稳定性的抗生素荧光检测体系具有重要的现实意义。介孔二氧化硅SBA-15凭借其较大的比表面积和优异的化学稳定性,成为极具前景的光学传感基质材料。本研究分别以碳量子点（CDs）、镧系金属离子(Eu3+)、有机荧光分子(N-（1-萘基）乙二胺（NED）、1-（溴乙酰）芘（Py）和异硫氰酸荧光素酯（FITC）)以及类水滑石（HTlc）作为荧光信号单元,利用SBA-15作为固体保护基质,成功构建了三种具有高灵敏度和优异光稳定性的荧光传感体系,实现了对抗生素的单信号、双信号和三重信号痕量检测。具体研究内容如下: （1）为了实现抗生素检测体系的光稳定性和重复利用性,将CDs与SBA-15复合构建了纳米探针CDs@SBA-15,并将其应用于盐酸金霉素（CTC）的“turn-off”模式荧光检测和庆大霉素（GTM）的“turn-on”模式荧光检测。SBA-15作为保护基质有效改善了CDs的聚集诱导淬灭效应（ACQ）,其纳米限域效应显著提升了复合探针对GTM检测性能。荧光增强系数（Kec）为2.01×10～5,检出限（LOD）为29 n M。基于静电作用与光诱导电子转移（d-PET）机制协同作用,该复合探针实现了对CTC高灵敏检测,LOD低至113 n M,荧光淬灭常数（Ksv）为5.16×10～4。 （2）为提升检测灵敏度,优化检测模式,构建了含多反应位点的荧光纳米探针。基于双反应位点传感体系的设计要求,在SBA-15基质中引入了羧酸基团修饰的大环配体(1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA）)。通过接枝NED与镧系金属(Eu3+),制备了比率荧光探针NED-DASBA@Eu。利用NED的蓝色荧光（434 nm）与Eu3+的红色荧光信号（617 nm）之间的反向变化关系,在0–100μM浓度范围内实现了对盐酸土霉素（OTC）和盐酸四环素（TC）的比率检测,其对OTC和TC的LOD分别为0.029和0.066 n M。鉴于NED-DASBA@Eu在TCs检测中展现的优异光学性质及较高的灵敏度,构建了智能手机辅助的便携式纸基传感平台。此外,基于重氮化-偶联反应机制,在NO2–的介导下,构建了磺胺类抗生素（SAs）的定性与定量比色分析体系,其对磺胺甲噁唑（SMX）、磺胺甲噻二唑（SMT）、磺胺甲基嘧啶（SMR）和磺胺异噁唑（SIZ）的LOD分别为0.76、0.89、0.92和1.43 n M。此外,智能手机辅助的TCs便携式传感平台以及SAs的比色分析方法已成功应用于自来水、蜂蜜和湖水样品,进一步验证了所设计的传感系统在现场检测中的便利性。本项工作基于双反应位点的协同作用,建立了新型抗生素区分检测方法,为复杂基质中抗生素残留的鉴别提供了有效解决方案。 （3）为实现抗生素的痕量检测,扩大荧光颜色变化的范围,制备了三发射比率荧光探针。首先,利用Py对SBA-15进行改性修饰,得到具有蓝色荧光（384 nm）的PASBA。以PASBA为模板,具有红色荧光（617 nm）的Eu3+掺杂HTlc在PASBA孔道内外生长,并引入绿色荧光分子FITC（520 nm）构建了比率荧光探针HTlc:Eu@PASBA-F,用于TCs的灵敏检测。由于内滤效应（IFE）、d-PET机制和天线效应（AE）,该探针在TCs存在下表现出显著的三重荧光发射特性,其对OTC和TC的LOD分别为0.016和0.035 n M。此外,随着TCs的加入,传感体系的颜色由青色逐渐变为绿色、黄色、橙色,最后变为红色。利用该体系的多色变化特性,开发的便携式传感平台可满足现场监测需求。 ...
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