單位：成都理工學院
研究背景
光催化技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于解決能源危機，如光催化加氫制氧、二氧化碳降耗、環(huán)境污染整治等。近些年來細胞膜骨架，光催化因為其中級氧化性質(zhì)，也因其殺滅病菌的能力而被用于水消毒。作為一種新興的抑菌技術(shù)，光催化顯示了其優(yōu)勢，由于可以通過光催化劑的智能設(shè)計來控制病菌滅活的療效和成本。
文章簡介
日前，來自成都理工學院王坤杰院士等，在國際著名刊物《ofAnd》上發(fā)表題為“Studyofmetalwith”的文章。采用一步熱溶劑原位生長法制備了銀和碳量子點參雜的鉍金屬有機骨架(CAU-17)復(fù)合材料。所制備的復(fù)合材料具有奇特的能帶結(jié)構(gòu)，提高了可見光的吸收，有效地減緩了光生自旋的復(fù)合。結(jié)果表明，CAU-17/Ag/CQDs在可見光照射20min后對真菌生長有顯著的抑制作用，而在0.5mg/mL時，CAU-17/Ag/CQDs對所有受試菌均有完全殺滅作用。當含量為0.8mg/mL時，對HepG2病變細胞的抑制率達到75%。
方案1、制備CaU-17/Ag/CQDs復(fù)合材料的示意圖
要點一：分層光催化劑異質(zhì)結(jié)的產(chǎn)生策略
呈豎琴狀的CAU-17的形貌及其在參雜Ag+和CQDs后折疊層寬度普遍減小。CAU-17/Ag/CQDs復(fù)合材料的放大圖象表明，參雜CQDs和Ag+的CAU-17的形貌轉(zhuǎn)變?yōu)殚L度為納米的多層薄片，在其上沉積了CQDs和Ag粒子。這些層狀異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)有助于在CAU-17、Ag和CQDs之間產(chǎn)生較大的接觸面積，進而有效地穩(wěn)定了光生自旋并延后了它們的復(fù)合。
圖2、CAU-17、CAU-17/CQDS、CAU-17/Ag和CAU-17/Ag/CQDS復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡波譜。
要點二：抑制真菌生長的機理
在光照條件下，復(fù)合材料CAU-17/Ag/CQDs誘導的活性物質(zhì)ROS、·OH和·O2?。可以直接功擊真菌細胞膜、細胞膜或固有的細胞結(jié)構(gòu)，進而可能造成真菌細胞死亡。在黑暗條件下，CAU17/Ag/CQDs復(fù)合材料可能與微生物細胞膜(革蘭氏陽性病菌)、細胞壁(革蘭氏陰性真菌)或?qū)毎逃薪Y(jié)構(gòu)至關(guān)重要的蛋白質(zhì)/DNA構(gòu)建靜電互相作用或官能團，這可能造成細胞膜/壁破壞或細胞生長障礙造成細胞溶化。并且從CAU-17/Ag/CQDs納米復(fù)合材料中釋放出的Bi3+和Ag+可能會帶來細胞毒性，造成真菌細胞死亡。
圖3、(a)DMPO-·O2?加合物的電子載流子共振光譜。(B)DMPO-·OH加合物的ESR譜。(a.u-任意單位)。(c)在劇烈攪拌(初始含量為500μgmL?1)下，Ag+、(d)Bi3+的溶化動力學。結(jié)果代表了三個平行實驗的平均值，偏差條代表了平均值的標準誤差。
要點三：光催化性能評價
CAU-17/Ag/CQDs抑菌作用的含量依賴關(guān)系表明，當含量為0.5mg/mL時，所有金紅色獼猴桃桿菌、大腸鏈球菌和耐甲氧西金紅色獼猴桃桿菌三種真菌的生長都被完全抑制。CAU-17/Ag/CQDs在黑暗中處理24小時和在光照處理20分鐘后的掃描電子顯微鏡圖象表明，暗處理的真菌細胞沒有顯著的形態(tài)變化，但在光處理20分鐘后細胞膜骨架，兩種真菌的細胞均出現(xiàn)顯著的凹坑、萎縮、細胞壁破裂和細胞完整性破壞。這否認了CAU-17/Ag/CQDs復(fù)合材料具有優(yōu)異的光催化抑菌活性。除此之外，CAU-17/Ag/CQDs納米復(fù)合材料具有代替5-氟尿嘧啶作為抗肺癌抗生素的潛力。
圖4、(a)不同含量的CAU-17/Ag/CQds復(fù)合材料在光照條件下對金紅色獼猴桃桿菌、大腸鏈球菌和耐甲氧西林金紅色獼猴桃桿菌的體外抑菌活性比較；(b)CAU-17/Ag/CQds復(fù)合材料處理過的真菌的掃描電子顯微鏡圖象。
圖5、不同含量的CAU-17/Ag/CQDs納米復(fù)合材料對癌癥細胞HepG2增殖的抑制作用。結(jié)果代表了三個平行實驗的平均值，偏差條代表了平均值的標準誤差。
要點四：小結(jié)與前瞻
綜上所述，我們開發(fā)了一種簡單的方式，使用表面活性劑PVP作為分散劑來控制生長在表面的銀和量子點的分散，并通過溶劑熱原位生長的方式在CAU-17的界面上生長出了銀和量子點的三元異質(zhì)結(jié)材料，該材料參雜了銀和碳量子點，得到了奇特的納米塊狀形貌。光催化劑對金紅色獼猴桃桿菌、大腸埃希菌和耐甲氧西林金紅色獼猴桃桿菌的抗菌率均為99.99%，在0.5mg/mL的可見光照射下，抗菌率為99.99%。復(fù)合材料光催化活性的提升歸因于Ag和CQDs參雜所帶來的奇特的納米塊狀形貌和電子結(jié)構(gòu)，進而造成了較大的界面接觸面積、有效的電荷轉(zhuǎn)移、高效的電子-空穴分離、增強的光吸收和延長了ROS、·OH和·O2?的生成。據(jù)悉，體外抗肺癌實驗表明，CAU-17/Ag/CQDs納米復(fù)合材料可以代替5-氟尿嘧啶作為抗腫瘤抗生素。這一設(shè)計策略將為廢水進化、光動力療法和癌癥醫(yī)治提供新的概念，該產(chǎn)品可應(yīng)用于疾病診治、藥物輸送和不同分類群的微生物消毒。
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