表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点及制备方法和应用

本发明涉及抗菌药物制备，涉及一种表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点及制备方法和应用。

背景技术：

1、抗菌药物的滥用导致耐药病原菌（如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌等）广泛传播，致使传统抗生素在治疗细菌感染时效能降低甚至失效。因此，开发新型高效、低毒且不易产生耐药性的抗菌材料具有重要意义。

2、酚酸类化合物（如没食子酸、咖啡酸等）天然广泛存在于多种植物中，其分子结构含有多个酚羟基，具有一定的抗菌活性，常被用作医药或食品防腐剂的合成原料。然而，游离态酚酸的抗菌效果有限，难以满足实际应用需求。

3、碳点（carbon dots, cds）是一类零维碳纳米材料，具有粒径小（1~10 nm）、易于表面功能化、生物相容性好等优点，在抗菌领域展现出广阔的应用前景。近年来，已有研究尝试将天然酚酸类化合物转化为碳点以增强其抗菌性能。

4、然而，现有酚酸基碳点主要通过增加比表面积来增强与细菌的相互作用从而来增强其抗菌效果，其表面官能团单一，缺乏主动靶向或膜破坏功能，抗菌效能提升幅度有限；更重要的是，现有碳点对不同类型细菌（革兰氏阳性菌与阴性菌）缺乏选择性杀伤能力，难以实现精准抗菌治疗。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点及制备方法和应用，以解决上述现有酚酸基碳点所存在的技术问题。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明的第一方面是提供一种表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点，所述碳点由碳核以及修饰在所述碳核表面的有机硅季铵盐组成，所述碳核是以酚酸类化合物为碳源经水热碳化形成的碳骨架，所述碳骨架中掺杂有氮元素。

4、在一种可选地实施方式中，所述酚酸类化合物为没食子酸、原儿茶酸、单宁酸、咖啡酸、绿原酸、铁色酸。

5、在一种可选地实施方式中，所述有机硅季铵盐为二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵；氮源为乙二胺。

6、本发明的第二方面是提供一种表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点的制备方法，包括以下步骤：

7、（1）将酚酸类化合物、有机硅季铵盐和氮源溶于由超纯水和乙醇组成的混合溶剂中，得到前驱体溶液；

8、（2）将步骤（1）所得的前驱体溶液置于反应釜中进行水热反应；

9、（3）反应结束后，自然冷却，将产物进行离心后取上清液；

10、（4）将上清液置于透析袋中透析，经冻干后得到表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点。

11、在一种可选地实施方式中，所述步骤（1）中，酚酸类化合物：有机硅季铵盐：氮源=（1～2）g：（2～10）ml：1ml。

12、在一种可选地实施方式中，所述步骤（1）中，混合溶剂中超纯水与乙醇的体积比为60:40，用量为30 ml。

13、在一种可选地实施方式中，所述步骤（2）中，反应釜以2～5℃/min的升温速率加热至160～220℃反应12～18 h。

14、在一种可选地实施方式中，所述步骤（3）中，离心的转速为8000～12000 r/min，时间为10～15 min。

15、在一种可选地实施方式中，所述步骤（4）中，透析袋截留的分子量为1000～1200da。

16、本发明的第三方面是提供一种所述的表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点在制备抗菌药物中的应用。

17、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

18、（1）本发明制备的碳点通过调控氮源与有机硅季铵盐之间的添加比例，能够实现对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的选择性杀伤。实验表明，在不同比例下，该碳点对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀菌率均可达99%以上，显示出优异的广谱抗菌性能以及协同抗菌效果；同时，通过调整硅烷链与氮源的比例，可定向增强对特定菌种的杀伤效果，突破了传统抗菌剂无差别杀菌的应用局限。

19、（2）本发明碳点的平均粒径为5~8 nm，尺寸分布均匀，均一的超小尺寸有利于纳米材料穿透生物屏障或进入宿主细胞内部，从而高效发挥杀菌作用。

20、（3）本发明碳点在较高浓度下对哺乳动物正常细胞仍保持良好的生物相容性，细胞存活率高于90%，具备良好的临床应用安全性潜力。

21、（4）本发明以天然植物源酚酸类化合物没食子酸为碳源，原料来源广泛、成本低廉、环境友好；采用一步水热法原位实现碳点氮掺杂与表面硅烷链修饰，操作简便，无需复杂纯化步骤，适合规模化生产。

1.一种表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点，其特征在于，所述碳点由碳核以及修饰在所述碳核表面的二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵组成，所述碳核是以没食子酸为碳源经水热碳化形成的碳骨架，所述碳骨架中掺杂有氮元素，所述氮元素的氮源为乙二胺。

2.根据权利要求1所述的表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，没食子酸：二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵：乙二胺=（1～2）g：（2～10）ml：1ml。

4.根据权利要求2所述的表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，混合溶剂中超纯水与乙醇的体积比为60:40，用量为30 ml。

5.根据权利要求2所述的表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，反应釜以2～5℃/min的升温速率加热至160～220℃反应12～18 h。

6.根据权利要求2所述的表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，离心的转速为8000～12000 r/min，时间为10～15 min。

7.根据权利要求2所述的表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，透析袋截留的分子量为1000～1500da。

8.一种根据权利要求1所述的表面修饰有硅烷链的氮掺杂酚酸基碳点在制备抗菌药物中的应用。