[发明专利]一种Ga3+

说明书

本发明属于抗菌材料领域，更具体地，涉及一种Ga³⁺/PDA靶向协同抗菌纳米材料、其制备和应用。其通过在酸性条件下，将镓离子与PDA发生鳌合反应，然后在氧化剂存在条件下诱导鳌合了镓离子的多巴胺发生自聚反应，得到一种在狭窄的pH范围内(pH从7.4到6.5)即呈现明显的表面电荷反转，从而可在狭窄pH范围内控制Ga³⁺鳌合和解离、同时具有Ga³⁺和热杀菌的新型靶向协同抗菌纳米材料，由此解决现有技术利用镓离子的抗菌应用中存在的毒性问题以及易水解降低其生物利用率和抗菌效能的技术问题。

技术领域

本发明属于抗菌材料领域，更具体地，涉及一种Ga³⁺/PDA靶向协同抗菌纳米材料、其制备和应用。

背景技术

细菌感染性疾病在全世界范围内都是最常见的疾病，占全部疾病的 18％-21％。抗生素是治疗细菌性感染强的主要药物，可以大幅降低患者死亡率，但抗生素的大规模应用也促使细菌对抗生素的抗性逐渐增加，耐药细菌甚至多重耐药菌的出现，导致已有抗生素对耐药菌的控制效果降低，甚至出现无药可用的危险局面。开发新型抗菌材料，是控制耐药菌感染，保障人群健康的重要内容。

众所周知，Fe³⁺是呼吸链中多种酶的辅酶，在维持呼吸链正常功能上起着重要作用，铁离子的缺乏可导致生化反应过程中电子传递链的中断和某些酶的活性丧失而造成生物体的死亡。铁也是维持细菌生命活动所必须的元素，缺铁会导致细菌生长繁殖受限，毒力下降。因此，干扰细菌对铁的摄取有望成为新的抗菌靶点。

一般情况下，细菌体外的Fe³⁺，首先与细菌分泌至胞外的铁载体结合，再通过细菌外膜上相应受体将铁转运到菌体内部供细菌利用。镓离子(Ga³⁺) 与Fe³⁺具有十分相似的理化性质，铁载体难以分辨两种离子的差别，因此 Ga³⁺可以与Fe³⁺竞争性结合铁载体，并被细菌转运到菌体内，干扰细菌对铁的吸收，同时可与某些含铁酶结合，导致这些酶的活性被抑制。因此Ga³⁺可以通过减少细菌Fe³⁺的摄取量，以及抑制细菌内含铁酶的活性两个途径，抑制细菌生长发育，表现出显著的抗菌作用。

虽然Ga³⁺具有显著的抗菌性能，但是其在抗感染的实际应用中受到两个主要问题的限制。首先是Ga³⁺的毒性问题：硝酸镓对常见病菌的最低抑菌浓度在36μM左右，这一浓度已对哺乳动物细胞具有明显毒性。其次Ga³⁺在溶液中易于水解，与OH^-形成沉淀(Ga(OH)₃)，显著降低Ga³⁺的生物利用率和抗菌效能。Ga³⁺的水解与pH相关，pH越高，水解越显著，在pH≦3 时水解不明显。目前常常使用螯合剂如柠檬酸、麦芽酚和原卟啉等鳌合 Ga³⁺，以提高Ga³⁺的稳定性，减少Ga³⁺水解导致的沉淀，但是这些螯合物没有靶向性，无法使Ga³⁺在感染部位靶向释放。还可将Ga³⁺掺杂在水凝胶和伤口敷料中，用以控制体表的致病菌感染，但无法控制皮下和体内感染。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种Ga³⁺/PDA靶向协同抗菌纳米材料、其制备和应用，其通过在酸性条件下，将镓离子与 PDA发生鳌合反应，然后在氧化剂存在条件下诱导鳌合了镓离子的多巴胺发生自聚反应，得到一种在狭窄的pH范围内(pH从7.4到6.5)即呈现明显的表面电荷反转，从而可在狭窄pH范围内控制Ga³⁺鳌合和解离、同时具有Ga³⁺和光热杀菌效能的新型靶向协同抗菌纳米材料，由此解决现有技术利用镓离子的抗菌应用中存在的毒性问题以及易水解降低其生物利用率和抗菌效能的技术问题。