致病性细菌感染已成为当今最严重的问题之一这威胁着公众的健康。致病菌引起的多种疾病，如皮肤脓疱，例呼吸道感染，泌尿系统炎症，折磨无数世界各地的人们。为了对抗这些感染，已经投入了大量的努力在过去的几十年里，各种抗生素被开发出来。然而之后，长期滥用抗生素，增加了病原体的耐药性，抗生素治疗极为困难，成为另一个重大问题。当前的医疗系统。因此，开发创新的抗菌系统治疗这一威胁具有重要意义。近年来，替代品抗生素，如金属纳米粒子，无机纳米复合材料，正电荷聚合物和抗菌肽，在该领域有报道化疗。此外，光热/光动力奈米剂，例如金属基奈米剂的复合材料和的碳骨架材料可以产生大量的热量和活性氧进行高效杀菌。不过，这种单一模式抗菌策略在控制使用时只能保持有限的杀菌率的材料。因此，设计一个双机制的抗菌平台是一个有力的工具。
近年来出现的金属-有机骨架(MOFs)作为优良的药物载体，为对抗致病性细菌感染提供了新的策略。虽然可以很容易地将各种抗菌金属离子引入MOFs进行化学消融，但这种单一模式的杀菌方法使用剂量大，抗菌效率有限，灭菌速度慢。
在此，为了开发一个双重杀菌系统，四川大学程冲/赵长生团队报道了一种新的MOF/ Ag衍生的纳米复合材料，它具有高效的金属离子释放能力和强大的光热转换效应，用于协同杀菌。首先合成了金属锌和石墨骨架的MOF衍生物，然后通过Zn和Ag+之间的置换反应均匀引入Ag纳米粒子(AgNPs)。在近红外辐射下，所制备的纳米材料可以产生大量的热量来破坏细菌膜。同时释放大量的Zn2+和Ag+离子，对细菌胞内物质造成化学损伤。系统的抗菌实验表明，这种双重抗菌作用可以使纳米制剂在极低的用量(0.16 mg/mL)下，对高浓度细菌的杀菌率接近100%。此外，纳米材料具有较低的细胞毒性，这为其在生物领域的应用提供了潜在的可能性。体内评价表明，纳米复合材料可以实现快速、安全的伤口消毒，有望成为抗生素的替代品。
在本研究中，我们设计了一种结构工程的Ag掺杂的MOF衍生物(C-Zn/Ag)。具有高效的离子释放性能和光热转换能力广谱细菌消灭。首先，研究了掺Ag的碳化ZIF纳米复合材料(C-Zn/Ag)为石墨状骨架，AgNPs含量不同。其次，Zn2+和Ag+离子的释放能力和光热转换效率对C-Zn/Ag纳米复合材料进行了详细的研究。结果表明，这种物质是巨大的Zn2+、Ag+离子和大量的热能迅速生成，提供巨大的能量快速灭菌的可能性。系统的抗菌实验证明了这一点C-Zn/Ag纳米复合材料对高浓度S的杀菌率接近100%。葡萄球菌、E. c oli (107 CFU/mL)在10分钟内失活和细菌膜的破坏使C-Zn/Ag纳米制剂得以实现较强的低浓度抗菌性能。此外，伤口愈合评价中，表现出快速消毒能力，相当于万古霉素的效率。总的来说，掺入Ag的MOF衍生的纳米制剂具有很高的化学和光热抗菌效率，可以用于广谱抗菌细菌的杀菌。
图1所示。(a) C-Zn/Ag纳米复合材料的原理图和反应机理制造过程。2-MI代表2-methylimidazole。(b) ZIF -8、C-ZIF的SEM图像和C-Zn / Ag-1。(c) C- Zn /Ag-1的XPS测量扫描光谱。插入图片:C-Zn/Ag-1的高分辨率Ag3d光谱。高分辨率曲线拟合(d) c1和(e)C-Zn/Ag-1的N1s谱。
为了进一步研究光热转换性能的最佳条件，提出了一种新的光热转换方法近红外辐射功率密度、悬浮液用量、红外辐射强度等因素的影响纳米复合材料的浓度。因此，研究认为3W/cm2、1ml和0.16 mg/mL为光热灭菌的最佳条件。此外，在近红外辐射下，C-Zn/Ag纳米复合材料可以在高温环境下工作。研究发现55℃和室温具有相似的离子释放性能，说明温度不同对金属离子的释放性能影响不大。总的来说,C-Zn / Ag)纳米复合材料具有高效、快速的金属离子释放能力光热转换性能，预示着巨大的化学和光热协同杀灭细菌。
图2-(a)伤口消毒和愈合的体内评估示意图。(b)生理盐水处理伤口的光热图像，（c）近红外辐射下的C-Zn/Ag-1温度变化曲线。插入照片是放大的光热图像NIR处理过位置。(d)琼脂平板计数金黄色葡萄球菌菌落。插入照片金黄色葡萄球菌感染的琼脂平板图像在第一天不同处理后的伤口。(e)不同处理后创面大小不同。(f)受感染伤口的照片分别于第1天、第6天、第11天、第16天、第21天进行不同处理。星号表示差异有统计学意义(P值:*P < 0.05， **P < 0.01， ***P < 0.001)，n = 5。
综上所述，该团队成功合成了MOF/ Ag衍生的纳米材料用于通过化学和光热效应的协同杀菌。制备的纳米制剂不仅具有高效的Zn2+和Ag+离子的释放性能，而且具有良好的催化性能具有良好的光热转换能力。产生大量的金属离子和热能协同破坏细菌的细胞膜和细胞内的物质消灭细菌。细胞相容性实验表明，细胞毒性可以限制在一个可接受的范围内通过调整银的含量和纳米复合材料的用量来调节范围。体内评估结果表明，纳米复合材料可以实现快速灭菌。具有协同双重抗菌机制的MOF衍生纳米材料具有优异的抗菌性能，即使在浓度很低的情况下也能达到杀菌效果，为细菌的杀灭提供了新的策略广谱细菌灭菌在许多生物学应用中。
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来源：新材料资讯
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