南邮魏昂教授课题组《ACS AMI》：基于光热/光动力协同作用的超分子抗菌材料

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对抗生素的过度依赖导致了耐药细菌的产生，从而降低了抗生素的效力。据报道，全世界每年约有70万人死于耐药细菌。越来越多的研究人员将注意力转向非抗生素杀菌材料，如金属纳米粒子、抗菌肽、阳离子聚合物、光治疗等。其中，光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT）因其副作用小、广谱杀菌效果好、功率和照射时间可控而引起人们的关注。PDT和PTT的组合可产生协同效应并增强抗菌效果。
南京邮电大学魏昂教授课题组利用石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作为光敏剂，氧化石墨烯（GO）作为光热剂，二者通过弱范德华力和π-π共轭效应很好地结合。g-C₃N₄在可见光激发下可以产生活性氧，GO能够减少g-C₃N₄的电子空穴复合，提高ROS的生成效率。另外，GO被光激发可以产生热量，与ROS协同，提高杀菌效率。引入超分子生物活性复合物（CDM）可以增加材料水溶性，减少材料的聚集，提高活性氧的产生效率。其次，CDM调节光敏剂/光热剂与细菌之间的相互作用，可以通过蛋白质-糖类特定的靶向反应来减少副作用。该协同抗菌剂在635+808 nm双光照射10 min后对细菌的杀灭效果均达到99.25%。此外，细胞增殖实验表明，该复合材料具有良好的生物相容性，有望在细菌感染中得到应用。 
图1 CDM/GO/CN的结构示意图及抗菌机理。  
图2 (A) CDM/GO/CN制备示意图；(B) CDM/GO/CN的TEM；(C) CDM/GO/CN的XRD。  
图3  (A) GO、CN、GO/CN和CDM/GO/CN的FTIR；(B) CN、GO/CN和CDM/GO/CN的XPS宽扫描光谱；(C)XPS元素分析的重量百分比；(D) CN和CDM/GO/CN的高分辨率XPS光谱。 
图4  (A) GO、CN、GO/CN和CDM/GO/CN的UV-vis；(B) CN、GO/CN和CDM/GO/CN的PL；(C) GO, CN, GO/CN和CDM/GO/CN双光照射10分钟的光热曲线；(D)双光开/关照射下CDM/GO/CN的温升和冷却曲线。


图5 CDM/GO/CN和CD/GO/CN与细菌的荧光共聚焦图片。 
图6 (A)和(B)不同光源照射下的细菌平板菌落图像；(C)细菌在不同光源不同材料情况下的存活率； (E)光照处理前；(F)后细菌的SEM。 
图7 不同浓度的材料培养后的细胞存活率。

作者简介

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魏昂教授
研究方向是新型纳米半导体及其复合材料的生长机理及其电学、光学特性；纳米金属材料（纳米银、纳米铜）及其复合材料的制备及特性；上述功能材料在光催化、废水净化、杀菌抑菌、电致变色等领域的应用。在国际刊物发表SCI论文四十余篇，被他引2000余次，申请发明专利和实用新型专利40余件、获发明专利授权近30件、PCT专利1件，主持各级各类项目20余项。
现任江苏省侨联侨界专家委员会常务委员、江苏省侨联新侨创新创业联盟副理事长、江苏省真空学会理事、中国微米纳米技术学会高级会员、中国化工学会会员。

原文链接

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.1c24047

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