一种氧化钼/铁纳米材料的制备方法及其应用

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1.本发明属于纳米材料制备应用技术领域，涉及一种氧化钼/铁纳米材料的制备方法及其应用，通过一步还原获得氧化钼(moo
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)纳米材料，在氧化钼纳米材料的基础上，加入硫酸亚铁(feso4)后制备出氧化钼/铁(moo
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/fe)纳米材料，利用氧化钼/铁纳米材料的类酶活性的协调作用达到促进伤口愈合的目的，抗菌和促愈合效果良好且对人体无害，应用前景广阔。


背景技术：

2.在伤口愈合的过程中，细菌感染会引起伤口出现严重的炎症反应，而致病耐药菌感染伤口会使伤口进一步恶化，进而难以愈合。因此，细菌感染的伤口愈合问题越来越受到人们的关注。伤口愈合的过程一般包括止血、炎症、增殖和重塑这四个时间和空间上重叠的阶段。伤口初期主要处于止血和炎症阶段，细菌会很容易在伤口部位急剧繁殖，导致伤口感染并对生物体造成持久的伤害。因此，在止血和炎症阶段，对细菌进行有效抑制或去除是阻止伤口细菌感染的有效手段。活性氧自由基(ros)主要包括超氧阴离子(o2·-)、过氧化氢(h2o2)、单线态氧(1o2)和羟基自由基(
·
oh)。羟基自由基具有高反应活性和高毒性，是应用于抗菌的高效活性物质。然而，过度的活性氧自由基会引起强烈的氧化应激，导致持续的炎症反应，从而加剧伤口的损伤。氧气是关键的缺氧状态缓解剂，是伤口愈合的必要条件，它参与胶原蛋白沉积、上皮再形成、抗感染和血管生成。所以，理想的伤口愈合策略应该同时兼具抑制细菌、避免过度炎症和有效利用氧气的功能。
3.纳米酶是一类稳定性高、催化性能可调的纳米材料，其显著的特点是可以有效调控ros。例如，具有过氧化物酶(pod)或氧化酶(oxd)活性的纳米酶可以有效地产生ros，具有过氧化氢酶(cat)或超氧化物歧化酶(sod)活性的纳米酶可以清除ros，各种类酶活性的级联可以达到调节ros的效果。纳米酶抗菌疗法作为一种新型抗菌疗法被广泛使用，纳米酶能催化过氧化氢(h2o2)或氧气(o2)转化为剧毒的活性氧自由基，从而攻击和破坏细菌的生物膜，破坏细菌细胞内的活性物质和dna，影响细菌的代谢活动，最终达到抗菌效果。此外，具有活性氧自由基清除能力的纳米酶也在伤口愈合中起着重要作用。具有过氧化氢酶活性的纳米酶不仅可以减轻炎症，还可以缓解组织缺氧，从而促进伤口愈合。因此，良好的伤口愈合治疗策略需要适度的活性氧自由基以防止细菌感染和氧气的有效利用。为了达到抗菌和促愈合的目的，纳米酶的类酶活性的调控成为了纳米酶设计的核心。纳米酶的多酶活性协调作用广泛应用于生物医学领域，如肿瘤治疗、抗菌治疗和消炎等。然而，关于酶活性协调促进伤口愈合的研究却很少。此外，在生物医学应用中，需要将合成的纳米颗粒转化为水分散的功能性纳米颗粒，因为水分散的纳米颗粒可以进入所有可能的生物环境并通过表面化学或者生化基团相互作用。生物医学应用环境要求纳米酶具有水分散性和低生物毒性。
4.含氧缺陷的氧化钼(moo
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)纳米材料具有成本低、合成温和、光热性能好、毒性低等优点，具有广阔的应用前景。然而，具有良好过氧化氢酶活性的moo
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尚未用于伤口愈合，moo
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的制备过程往往复杂，材料的稳定性不高。现有必要研发一种能够用于伤口愈合的氧
化钼基纳米材料。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求提供一种氧化钼/铁纳米材料的制备方法及其应用，通过将硫酸亚铁溶液加入到氧化钼水溶液中制备氧化钼/铁纳米材料，制备的氧化钼/铁纳米材料具有类过氧化物酶和类过氧化氢酶活性，并且具有良好的水分散性，通过两种类酶活性的协调实现抗菌治疗并促进伤口愈合。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种氧化钼/铁纳米材料的制备方法，具体步骤如下：将铁盐水溶液加入到氧化钼水溶液中，经震荡、透析后，将透析液进行冷冻、干燥，制得氧化钼/铁纳米材料。
7.进一步地，铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁或氯化铁。
8.进一步地，铁盐水溶液与氧化钼水溶液的体积比为100-800ul：40ml。
9.进一步地，氧化钼水溶液中氧化钼与水的质量体积比为0.1-0.6g：40ml。
10.进一步地，震荡条件为转速150-350r/min，震荡时间12-20小时。
11.进一步地，震荡时的温度条件为22℃-36℃。
12.进一步地，氧化钼的制备方法为：将n-乙酰-l-半胱氨酸和钼酸盐溶于水中，得混合液，将混合液震荡、透析后，将透析液进行冷冻、干燥，制得氧化钼纳米材料。
13.进一步地，n-乙酰-l-半胱氨酸、钼酸盐和水的质量体积比为0.4-1.5g：0.1-0.6g：30ml；；钼酸盐为二钼、四钼、七钼、八钼或十二钼酸铵。
14.进一步地，混合液震荡条件为转速100-300r/min，震荡12-20小时；透析使用分子截留量为500的透析袋中，透析时间24-48小时。
15.本发明涉及的氧化钼/铁纳米材料平均粒径尺寸为50～200nm，在水中具有极好的分散性。
16.本发明涉及的氧化钼/铁纳米材料含有氧空位，具有较多的表面氧缺陷，使其具有更多的活性位点。
17.本发明涉及的氧化钼/铁纳米材料具有优异的类过氧化物酶活性和类过氧化氢酶活性。
18.本发明还提供所述氧化钼/铁纳米材料在抗菌和促进伤口愈合方面的应用，一方面，利用氧化钼/铁纳米材料的类过氧化物酶活性对细菌进行杀伤，避免伤口细菌感染；另一方面，利用氧化钼/铁纳米材料的类过氧化氢酶活性对伤口处的活性氧自由基进行调节，并产生充足的的氧气，既能够避免伤口处出现过度炎症，又能够缓解伤口处的缺氧状态，促进伤口组织对氧气的利用，最终实现加速伤口愈合的目的。总而言之，氧化钼/铁纳米材料通过纳米酶活性的协调作用达到了抗菌并促进伤口愈合的目的。
19.基于氧化钼/铁纳米材料作为一种适用于生物医学应用的功能材料，具有优异的类过氧化物酶活性和类过氧化氢酶活性，并且具有良好的水分散性。在伤口愈合的过程中，通过两种类酶活性的协调，既能够利用类过氧化物酶活性实现抗菌治疗，又能够利用过氧化氢酶活性实现活性氧自由基的调控和氧气的有效供应，避免过度的炎症反应，促进伤口愈合。氧化钼/铁纳米材料实现了一种兼具抗菌治疗、避免过度炎症和促进伤口愈合的高效治疗策略。另外，氧化钼/铁纳米材料的良好水分散性，使它不必经过修饰和改造就可以直
接应用于生物医学环境。这种优异的水分散性不仅有利于氧化钼/铁纳米材料的类酶活性的发挥，而且能够使氧化钼/铁纳米材料与伤口微环境充分的相互作用，最终实现氧化钼/铁纳米材料在促进伤口愈合中的高效利用。因此，利用氧化钼/铁纳米材料类酶活性的协调来促进伤口愈合是一种非常有意义和应用前景的方法。
20.本发明与现有技术相比，本发明通过简单的一步还原法得到前驱体moo
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，然后添加亚铁离子制得氧化钼/铁纳米材料，方法简便，条件温和且无污染，制备的氧化钼/铁纳米材料含有氧空位，具有高催化活性，优异的水分散性，可长期储存，具有高稳定性和类酶活性协调等优点；能够应用于抗菌和促进伤口愈合，效果显著；该制备方法简单，原料易得，且对人体无害，整个过程绿色无污染，应用环境友好，市场前景广阔。
附图说明：
21.图1为本发明涉及的氧化钼/铁纳米材料的抗菌和促进伤口愈合的原理示意图。
22.图2为本发明实施例1制备的氧化钼/铁纳米材料的透射电镜图、扫描电镜图和高分辨透射电镜图，其中图2a为透射电镜图，图2b为扫描电镜图，图2c为高分辨透射电镜图。
23.图3为本发明涉及的实施例4的氧化钼/铁纳米材料的类酶活性测定结果示意图，其中a为氧空位，b、c为过氧化物酶的性质，d、e为过氧化氢酶的性质，f为水分散性。
24.图4为本发明涉及的实施例5为氧化钼和氧化钼/铁纳米材料在水中分散时的倒置荧光显微镜观察的分散示意图。
25.图5为本发明涉及的实施例6经氧化钼/铁纳米材料处理的体外抑菌实验的结果示意图。
26.图6为本发明涉及的实施例7经氧化钼/铁纳米材料处理的体外划痕实验的结果示意图。
27.图7为本发明涉及的实施例8氧化钼/铁纳米材料的抗菌和促进伤口愈合实验结果示意图，a为促进伤口愈合，b为抗菌。
28.图8为本发明涉及的实施例9氧化钼/铁纳米材料的细胞毒性测试结果示意图。
具体实施方式：
29.下面将通过具体的实施例并结合附图对本发明的技术方案做详细描述。
30.实施例1：
31.本实施例涉及的氧化钼/铁纳米材料的制备方法，具体步骤为：
32.(1)制备氧化钼(moo
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)纳米材料：
33.1)将0.9g n-乙酰-l-半胱氨酸和0.3g四水合钼酸铵溶解于30ml超纯水中，得混合液；
34.2)将混合液置于恒温震荡仪中，转速200r/min，23℃条件下震荡12小时；
35.3)将反应完的样品取出，放入分子截留量为500的透析袋中，透析24小时；
36.4)将透析液置于-20℃冰箱中冷冻24小时，将冻存样品冷冻干燥24小时，完成氧化钼(moo
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)纳米材料的制备；
37.(2)制备氧化钼/铁纳米材料：
38.1)将0.3g moo
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纳米材料分散于40ml超纯水中配制成moo
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溶液；
39.2)取400ul浓度为100mmol/l的七水合硫酸亚铁(feso4·
7h2o)水溶液，加入到moo
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溶液中，将混合液置于恒温震荡仪中，转速200r/min，36℃条件下震荡12小时；
40.3)将反应完的样品取出，放入分子截留量为500的透析袋中，透析24小时；
41.4)将透析液置于-20℃冰箱中冷冻24小时，将冻存样品冷冻干燥24小时，完成氧化钼/铁(moo
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/fe)纳米材料的制备。
42.分别采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜对氧化钼/铁纳米材料进行表征，结果分别如图2a-2c所示。从图2a-2b可以看出，所制备的氧化钼/铁纳米材料的尺寸大小在50-200nm。高分辨透射电子显微镜图像可以观察到高度平行的条纹，晶体结构间距约为0.24nm。
43.实施例2：
44.本实施例涉及的氧化钼/铁纳米材料的制备方法，具体步骤为：
45.(1)制备氧化钼(moo
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)纳米材料：
46.1)将0.4g n-乙酰-l-半胱氨酸和0.1g四水合钼酸铵溶解于30ml超纯水中，得混合液；
47.2)将混合液置于恒温震荡仪中，转速100r/min，28℃条件下震荡20小时；
48.3)将反应完的样品取出，放入分子截留量为500的透析袋中，透析36小时；
49.4)将透析液置于-20℃冰箱中冷冻36小时，将冻存样品冷冻干燥36小时，完成氧化钼(moo
3-x
)纳米材料的制备；
50.(2)制备氧化钼/铁纳米材料：
51.1)将0.1g moo
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纳米材料分散于40ml超纯水中配制成moo
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溶液；
52.2)取100ul浓度为100mmol/l的六水合氯化铁(fecl3·
6h2o)水溶液，加入到moo
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溶液中，将混合液置于恒温震荡仪中，转速150r/min，36℃条件下震荡20小时；
53.3)将反应完的样品取出，放入分子截留量为500的透析袋中，透析36小时；
54.4)将透析液置于-20℃冰箱中冷冻24小时，将冻存样品冷冻干燥24小时，完成氧化钼/铁(moo
3-x
/fe)纳米材料的制备。
55.实施例3：
56.本实施例涉及的氧化钼/铁纳米材料的制备方法，具体步骤为：
57.(1)制备氧化钼(moo
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)纳米材料：
58.1)将1.5g n-乙酰-l-半胱氨酸和0.6g四水合钼酸铵溶解于30ml超纯水中，得混合液；
59.2)将混合液置于恒温震荡仪中，转速300r/min，26℃条件下震荡15小时；
60.3)将反应完的样品取出，放入分子截留量为500的透析袋中，透析48小时；
61.4)将透析液置于-20℃冰箱中冷冻48小时，将冻存样品冷冻干燥48小时，完成氧化钼(moo
3-x
)纳米材料的制备；
62.(2)制备氧化钼/铁纳米材料：
63.1)将0.6g moo
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纳米材料分散于40ml超纯水中配制成moo
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溶液；
64.2)取800ul浓度为100mmol/l的七水合硫酸亚铁(feso4·
7h2o)水溶液，加入到moo
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溶液中，将混合液置于恒温震荡仪中，转速350r/min，室温条件下震荡15小时；
65.3)将反应完的样品取出，放入分子截留量为500的透析袋中，透析48小时；
66.4)将透析液置于-20℃冰箱中冷冻24小时，将冻存样品冷冻干燥24小时，完成氧化钼/铁(moo
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/fe)纳米材料的制备。
67.实施例4：
68.本实施例为对氧化钼/铁纳米材料的类酶活性测定实验，包括类过氧化物酶活性测定和类过氧化氢酶活性测定实验。
69.本实施例涉及的氧化钼/铁纳米材料的类过氧化物酶活性测定是在过氧化氢(h2o2)和3,3',5,5'-四甲基联苯胺(tmb)存在的条件下完成的。
70.本实施例涉及的氧化钼/铁纳米材料的类过氧化物酶活性测定的具体步骤为：1ml反应体系中包含乙酸钠缓冲液(ph＝4)、100μl浓度为2mmol/l的tmb乙醇溶液，100μl浓度为500μg ml-1
的氧化钼/铁纳米材料水溶液和100μl浓度为1mmol/l的h2o2水溶液组成；然后，将反应体系在室温条件下孵育10分钟，然后在波长范围为500-800nm下测量吸光度值；相同条件下，在波长范围为500-800nm下分别测量tmb、tmb h2o2、tmb feso4、tmb feso4 h2o2、tmb moo
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、tmb moo
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h2o2、tmb moo
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/fe、tmb moo
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/fe h2o2的吸光度值，结果如图3b和3c所示。从图3b和3c可以看出，当氧化钼/铁纳米材料和过氧化氢同时存在的条件下，反应体系在652nm处具有最大吸光度值，即说明氧化钼/铁纳米材料具有优异的类过氧化物酶活性。
71.本实施例涉及的氧化钼/铁纳米材料的类过氧化氢酶活性测定是通过h2o2与四环素铕(eutc)结合生成的eutc-hp复合物(eutc-hp)的荧光变化来评价的。
72.本实施例涉及的氧化钼/铁纳米材料的类过氧化氢酶活性测定的具体步骤为：反应体系为400μl eutc水溶液(浓度为6.3mmol/l)、1200μl mops(3-(n-吗啉基)丙磺酸)缓冲液(浓度为10mmol/l)、200μl h2o2(浓度为100mmol/l)和200μl moo
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/fe纳米材料水溶液(浓度为500μg ml-1
)，在室温下反应10分钟，检测620nm处的荧光强度；相同条件下，分别检测eutc、eutc h2o2、eutc moo
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/fe和eutc moo
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/fe h2o2在620nm处的荧光强度结果如图3d和3e所示。从图3d和3e可以看出，当氧化钼/铁纳米材料和过氧化氢同时存在的条件下，由于氧化钼/铁纳米材料对过氧化氢的分解，使混合体系在620nm处的荧光强度减弱，即说明氧化钼/铁纳米材料具有优异的类过氧化氢酶活性。
73.本实施例涉及的氧化钼/铁纳米材料的氧空位的测定是将制备的氧化钼/铁纳米材料进行电子顺磁共振(epr)测试，因为它提供了有关表面缺陷以及被测样品中被捕获的电子的证据。如图3a所示，氧化钼/铁纳米材料样品的氧空位捕获的电子比moo
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较多,说明氧化钼/铁纳米材料具有较多的氧空位。
74.本实施例涉及的氧化钼/铁纳米材料在水中的分散性的测定是检测不同分散时间下浓度为18.2μg ml-1
的氧化钼/铁纳米材料水溶液的吸光度值的变化情况，如图3f所示，氧化钼/铁纳米材料在水中具有优异的分散性。
75.实施例5：
76.本实施例为对氧化钼和氧化钼/铁纳米材料的在水中分散过程的可视化表达。通过将粉末状的氧化钼和氧化钼/铁纳米材料加入到盛有超纯水的24孔板中，利用倒置荧光显微镜拍摄氧化钼和氧化钼/铁纳米材料在水中分散的过程，如图4a所示，氧化钼在水中的分散过程类似于糖果在水中溶解的过程；如图4b所示，氧化钼/铁在水中分散的过程类似于细胞二分裂的过程，氧化钼/铁在水中分散的速度远远快于氧化钼在水中分散的速度。
77.实施例6：
78.本实施例涉及氧化钼/铁在体外抑菌方面的应用实验，将实施例1制备的氧化钼/铁纳米材料应用到体外抗菌实验，具体步骤为：将固体lb培养基上的单菌落耐药性细菌(耐药性大肠杆菌或耐药性金黄色葡萄球菌)接种到50ml无菌的液体lb培养基中，液体lb培养基中含有胰蛋白胨(0.5g)、酵母提取物(0.25g)和nacl(0.5g)，然后将耐药性细菌的悬浮液置于旋转振荡器上，在180rpm/min，37℃条件下过夜培养；随后用无菌pbs将细菌稀释至1
×
105cfu/ml，将获得的细菌悬浮液(200μl)与30μl moo
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/fe(浓度为900μg ml-1
)，30μl h2o2(浓度为1mmol/l)和40μl pbs缓冲液在37℃条件下温育30分钟，之后吸取100μl混合液均匀的涂布在固体培养基上，37℃培养12小时；用cfu法计数细菌菌落数；使用细菌悬浮液作为空白对照，分别用h2o2和氧化钼/铁纳米材料处理细菌悬浮液为对照实验组，测量结果如图4所示。从图4可以看出，在氧化钼/铁纳米材料和过氧化氢同时处理的条件下，平板中只有极少的细菌菌落，对耐药性大肠杆菌和耐药性金黄色葡萄球菌的抗菌率都极高，表明氧化钼/铁纳米材料可以利用类过氧化物酶活性对耐药菌进行有效的杀伤，具有极强的抗菌性能。
79.实施例7：
80.本实施例涉及氧化钼/铁纳米材料在体外验证促进成纤维细胞迁移的划痕实验，将实施例1制备的氧化钼/铁纳米材料应用到划痕实验，将3
×
105cell/ml的l929成纤维细胞接种于12孔板，培养至接近融合的单层细胞水平，然后用200μl移液枪尖端划出线性伤口，用pbs去除细胞碎片，根据不同的处理材料将实验分为6组，分别为control组(对细胞培养液培养不做处理)、h2o2组(用h2o2处理细胞培养液)、moo
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组(用moo
3-x
处理细胞培养液)moo
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h2o2组(用moo
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h2o2处理细胞培养液)、moo
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/fe组(用moo
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/fe处理细胞培养液)和moo
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/fe h2o2组(用moo
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/fe h2o2处理细胞培养液)，不同处理组的细胞孵育0、12、24小时后，用4％多聚甲醛固定15分钟，染色后观察细胞迁移情况。观察结果如图5所示，在氧化钼/铁纳米材料和过氧化氢同时处理的条件下，成纤维细胞的迁移最明显，表明氧化钼/铁纳米材料可以通过类过氧化氢酶活性利用过氧化氢产生氧气，促进成纤维细胞的迁移。
81.实施例8：
82.本实施例为氧化钼/铁纳米材料在抗菌和促进伤口愈合方面的应用实验，具体为：使用雄性和雌性混合sd大鼠共24只(六周，180-200g)，在所有大鼠的背部上制造了直径约1cm的圆形皮肤损伤，用mrsa(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)感染大鼠伤口，将其分成6组，每组4只。每组接受不同的治疗处理，分别为pbs、h2o2、moo
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、h2o2 moo
3-x
、氧化钼/铁、h2o2 氧化钼/铁。每隔一天收集伤口的照片，并将整个治疗过程定为8天，结果如图6所示。由图6可知，h2o2 氧化钼/铁组处理的伤口恢复情况最好，表明氧化钼/铁纳米材料可以进行有效的抗菌治疗，并促进伤口愈合。
83.实施例9：
84.本实施例为氧化钼/铁纳米材料在生物毒性测试方面的应用实验，实验采用l929成纤维细胞作为细胞模型，并通过标准的3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基溴化四唑(mtt)法测定细胞活力。细胞在96孔板上培养24小时，然后用不同浓度的氧化钼/铁纳米材料水溶液(0、25、50、100和200μg ml-1
)处理，孵育24小时后，每孔加入10μl mtt溶液，孵育4小时；最后，每孔加入10μl dmso继续孵育4小时；用酶标仪采集490nm处的吸光度值，结果如图7所示。从图7可以看出，用氧化钼/铁纳米材料处理后的细胞活力没有下降，证明了所制
备的氧化钼/铁纳米材料具有低细胞毒性。