基于正电荷和光热协同效应的新型半导体聚合物纳米抗菌材料

由于抗生素的不当使用和细菌多药耐药的出现, 迫切需要开发新的抗菌剂. 本文制备了具有光热转换性能的正电荷半导体高分子材料及具有协同抗菌活性的半导体聚合物纳米粒子(SP-PPh₃ NPs). SP-PPh₃ NPs的光热转化效率为43.8%. 带正电荷的SP-PPh₃ NPs可以附着在细菌上, 有助于将热量有效传递给细菌. 在热和正电荷的协同作用下, SP-PPh₃ NPs对革兰氏阴性大肠杆菌(E. coli)和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌(S. aureus)均具有抗菌活性, 其对二者的体外抑菌率分别为99.9%和98.6%. 此外, SP-PPh₃ NPs具有良好的生物相容性, 对小鼠的主要器官几乎无副作用. 对细菌感染的小鼠皮肤伤口用SP-PPh₃ NPs治疗12 d后, 伤口可以很好地愈合.     

银纳米粒子修饰的二维金属-有机框架纳米片用于光热增强银离子释放抗菌

近年来,二维(2D)金属-有机框架(MOF)纳米复合材料被广泛的应用于生物医学领域,尤其是在抗菌方面。在此,我们通过光照诱导还银离子成功在二维MOF纳米片上生长银纳米粒子,得到了一种银纳米粒子(Ag NPs)修饰的二维Zr-Fc-MOF (MOF-Ag)纳米片,并将其用于光热增强Ag⁺释放抗菌治疗。通过水热法和超声处理合成MOF纳米片,然后通过原位光辐照诱导还原在MOF纳米片上生长Ag NPs。系列表征结果表明Ag NPs成功负载到MOF纳米片上。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的修饰不仅可以增强MOF-Ag在溶液中的稳定性,还可以增强它的生物相容性。在近红外激光(NIR)照射下,MOF纳米片可以在短时间升温,而温度的升高可以加速Ag NPs在溶液中氧化为银离子。通过细菌生长曲线、菌落相对数和细菌形态变化等实验表明PVP@MOF-Ag纳米片具有优异的广谱杀菌性能。此外,2D MOF纳米片良好的光热性能不仅可以增强Ag⁺的释放,还可以增强细胞膜的通透性,随后进入细菌中的Ag⁺可以诱导内源性活性氧的产生,从而引发细菌的氧化应激,实现高效抗菌。基于良好的体外抗菌性能,进一步将PVP@MOF-Ag纳米片用于小鼠伤口愈合,在此期间PVP@MOF-Ag纳米片表现出良好的治疗效果和生物安全性。我们的研究结果表明,PVP@MOF-Ag纳米片可以作为光热增强Ag⁺释放抗菌治疗和伤口愈合的有效平台。     

高效广谱复合光催化抗菌剂Ag-AgVO3/BiVO4的设计合成及抗菌机制

合成了一种具有树叶状形貌的Ag-AgVO₃/BiVO₄复合光催化抗菌剂, 并对其晶体结构、 形貌、 组成及光学性质等进行了表征. 研究结果表明, 以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)的氧化反应为模型, Ag-AgVO₃/BiVO₄表现出优异的光响应类氧化酶活性. 光催化抗菌实验结果表明, Ag-AgVO₃/BiVO₄对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有良好的抗菌效果, 4 min内的抗菌效率可以达到99%以上. 采用多种实验方法系统研究了其抗菌机制: 活性物种捕获剂实验和细胞内活性氧荧光标记实验表明, 在可见光照射下, Ag-AgVO₃/BiVO₄所产生的电子与O₂反应生成的·O₂^?起主要作用; Live/Dead细胞的荧光实验、 扫描电子显微镜形貌观察实验以及处理前后细胞内外核酸和蛋白质含量的测定实验结果均证实了·O₂^?可以破坏细胞膜的完整性, 导致细胞内容物的破坏和流出, 从而造成细菌死亡. 另外, Ag-AgVO₃/BiVO₄对包括革兰氏阳性菌、 革兰氏阴性菌和真菌在内的9种致病菌均具有良好的抗菌效果, 说明其具有广谱抗菌性能.     

NO释放性抗菌、抗氧化水凝胶的制备及性能

设计合成了具有光热和NO释放性的抗菌、抗氧化水凝胶。利用Fe³⁺和戊二醛将聚赖氨酸、单宁酸(TA)交联形成水凝胶，并负载NO供体分子S-亚硝基-N-乙酰基-DL-青霉胺(SNAP)获得兼具光热和NO控释功能的水凝胶(NO-Fe_x-TA₂₀, x=5, 7, 9)。所合成的Fe₉-TA₂₀水凝胶具有良好的光热性能，在1 W/cm²近红外光照射下10 min内温度可达到43.8℃。在可见光和37℃恒温下，NO-Fe₉-TA₂₀水凝胶3 h累计释放的NO达到36.48μmol/L。抗菌实验表明，水凝胶对金黄色葡萄球菌具有优异的杀菌活性，杀菌活性大于99.9%；同时，其能够高效清除2,2-联苯基-1-苦基胼基(DPPH)自由基，清除率大于84.3%，抗氧化效果显著。     

模拟宿主防御肽的尼龙3抗菌聚合物结构设计、合成及活性研究

微生物感染一直是人类健康的严峻挑战,传统抗生素几乎不可避免地使微生物产生耐药性,因此亟待开发既对耐药细菌、真菌有活性,又不易使微生物产生耐药性的新型抗菌剂.宿主防御肽(host defense peptide,HDP)几乎存在于各种生命形式中并表现出广谱抗菌活性和不易使微生物产生耐药性的特点,近年来作为对抗微生物耐药性的新途径被广泛研究.为解决HDP自身稳定性差(容易被蛋白酶水解)的缺点,多个研究组相继开展HDP模拟物的研究,希望在改善抗菌剂稳定性的同时保持抗菌活性.尼龙3聚合物(β-多肽)是模拟HDP的一类代表性抗菌聚合物.尼龙3聚合物通常由一个亲水性/正电荷亚基和一个疏水性亚基通过不同比例组合来模拟HDP的2个关键性结构特点:正电荷和两亲性结构.通过优化端基基团和聚合物长度、变化亚基的化学结构、探索优化的亲水性/正电荷与疏水性亚基组合以及调节亚基在聚合物中的比例,发现了对多个耐药菌菌株具有高活性和高选择性的尼龙3聚合物.尼龙3对细菌营养细胞和稳定的孢子都显示了活性,同时尼龙3也对游离真菌细胞和真菌生物膜都表现出选择性抗菌活性.这些发现提示了尼龙3对抗微生物耐药性的潜力以及尼龙3作为新型抗菌剂的可能应用.     

基于碳酸锰纳米氧化酶活性调控比色检测谷胱甘肽

纳米氧化酶是一类具有类似天然氧化酶催化特性的纳米材料.调控纳米氧化酶的催化活性在生物传感和临床诊疗等应用领域具有重要意义.本文通过一步水热法制备了具有高效类氧化酶活性的碳酸锰纳米颗粒(MnCO₃NPs),其能够快速催化溶解氧产生活性氧自由基,从而催化氧化无色底物3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)发生显色反应,其蓝色氧化态产物(ox TMB)在652 nm波长处展现出特征吸收峰.进一步研究发现,在该显色体系中加入谷胱甘肽(GSH)后MnCO₃NPs催化氧化TMB的反应受到抑制,蓝色产物ox TMB的生成减少, 652 nm处的吸光度减弱且与GSH的浓度在一定范围内呈线性关系.基于该原理,本文构建了一种基于MnCO₃NPs类氧化酶活性调控比色检测GSH的新方法,并成功将其用于血清中GSH含量的测定.借助智能手机的拍照和色度分析功能,本文还开发了一种利用智能手机作为检测终端的便携式分析方法用于GSH的检测,该方法有望进一步扩展到床边检测与疾病诊断.     

具有高效阳性菌抗菌活性的合成多肽聚合物研究

合成了具有抗菌活性的β-氨基酸聚合物,采用核磁共振和凝胶渗透色谱表征聚合物的数均分子量,通过最低抑菌浓度实验测试了β-氨基酸聚合物对多种革兰氏阳性菌(包括多株耐药菌)的抗菌活性,并开展了可能的耐药性研究。通过细胞膜去极化实验和扫描电子显微镜探究了抗菌聚合物对革兰氏阳性菌,尤其是对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抗菌机理。结果表明,β-氨基酸聚合物通过作用于细菌的细胞膜杀死革兰氏阳性菌从而获得高效的抗菌活性,其对枯草芽孢杆菌的抗菌活性最好,最低抑菌浓度为3.13μg/mL。金黄色葡萄球菌对β-氨基酸聚合物不产生耐药性,但在相同条件下测试的对照抗生素诺氟沙星的最低抑菌浓度增加了124倍,表明细菌对抗生素很快产生了耐药性。     

新型共价有机骨架基金纳米复合材料的合成及性能

本研究采用原位还原法将金纳米粒子(AuNPs)负载到共价有机骨架(COF_BDP/CD-S-3)上,形成载金纳米复合材料(COF_BDP/CD-S-3-Au),利用SEM、TEM、XRD和TGA等方法对其进行表征。研究结果表明,COF_BDP/CD-S-3-Au为具有介孔结构的粒径700～800 nm的球形结构,并具有良好的热稳定性和抗氧化性能,对DPPH自由基、ABTS自由基和FRAP自由基均具有一定的清除效果;当808nm激光照射0.25mg/mL COF_BDP/CD-S-3-Au样品时,其光热效应(PTT)明显,光热转化率为12.57%,对四种常见菌呈现优异的光热协同抗菌作用。因此,COF_BDP/CD-S-3-Au作为一种新型的纳米复合材料,在化妆品和生物医学领域具有良好的应用前景。     

蛇床子素醚类衍生物的合成及抗菌活性

为了寻找抗菌先导化合物,以蛇床子素为原料,对其7位进行结构改造,经脱甲基化、醚化,设计合成了15个目标化合物,经¹H NMR、¹³C NMR和MS对化合物进行结构确证。抗菌活性测试结果表明：该类衍生物对革兰氏阴性菌大肠杆菌(E.coli)有较好的抑制活性,其中,尤以化合物Ⅱb[8-异戊烯基-7-环丙甲氧基香豆素]的活性最为显著,对E.coli的最小抑菌浓度(MIC)为32 mg·L^-1,远优于蛇床子素的活性,接近对照药苯唑西林(MIC=16 mg·L^-1)的活性。该类衍生物的潜在抗菌活性,值得进一步结构优化和深入研究。     

基于Co3O4纳米粒子的“串联酶”活性检测葡萄糖的表面增强拉曼光谱策略

采用一种简单的湿化学法合成Co₃O₄纳米粒子(NPs),并将其作为一种"串联酶"(同时具有类过氧化物酶和类葡萄糖氧化酶活性)用于过氧化氢(H₂O₂)和葡萄糖的表面增强拉曼散射(SERS)光谱检测。作为一种灵敏的SERS底物,在pH=4.0的NaAc缓冲液条件下,Co₃O₄NPs可以催化葡萄糖和O₂生成葡萄糖酸和H₂O₂。然后H₂O₂可以氧化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB),形成蓝色氧化产物氧化TMB(oxTMB),其在1188、1330、1610 cm^-1处表现出强烈的SERS信号。因此,我们开发了一种新的SERS策略来分析葡萄糖,检测限为1×10^-10mol·L^-1,表明Co₃O₄NPs具有生物传感器、免疫分析和医学研究的潜力。     

TiO2(B)多孔微球高湿光热催化降解NOx性能(英文)

近年来,半导体氧化物光催化技术由于反应条件温和,在消除环境空气中氮氧化物NO_x(NO+NO₂)方面得到了广泛的关注.然而,随着反应过程中湿度的逐渐增加,催化剂表面水的覆盖率也逐渐增加,从而导致许多光催化材料高湿失活.因此研发高湿条件下仍具有高活性的催化剂成为高效脱除大气环境中NO_x的关键.本文制备了粒径为1-2μm,结晶度较高的单斜相TiO₂(B)微球催化剂.BET和孔结构分析发现, TiO₂(B)微球具有高比表面积的多孔结构.催化性能测试发现, TiO₂(B)多孔微球在相对湿度为20%时,光热催化下的非NO₂选择性高达99%;当相对湿度增至80%时仍保持在96.18%.相比之下,当反应气相对湿度从20%增加到80%时,标准商用二氧化钛P25的非NO₂选择性却由95.02%降至58.33%,可见, TiO₂(B)多孔微球在光热催化反应中具有较强的耐湿性.进一步研究发现,光热反应中,水在催化剂...     

光催化杀菌和诱导骨组织生长

钛合金植入体具有良好的生物相容性和化学稳定性,广泛应用于整形外科手术.植入手术细菌感染风险较高,若处理不当,易造成患者骨组织损失甚至截肢.光催化杀菌是光催化领域研究热点之一,光催化剂表面产生的活性氧物种(ROS)氧化能力强,可有效杀灭细菌.制备生物相容性好且光催化活性高的植入体,利用光催化技术,可实现术后植入体表面自主产生抗菌活性,同时诱导骨组织细胞原位生长和成骨.二氧化钛(TiO₂)光催化剂化学稳定性好,原料易得,具有一定的生物相容性,但其光生电子与空穴易复合,光催化抗菌活性弱.石墨炔(GDY)是新兴的电子助催化剂,具有独特的sp和sp2杂化碳原子,可以捕获TiO2的光生电子,促进光生电子/空穴分离和ROS生成.基于此,张玉峰教授(武汉大学)和余家国教授(武汉理工大学)近期报道了一种新型的具有光催化生物活性的TiO2/GDY复合植入体(Nat.Commun.,2020,11,4465).它由带正电的TiO2纳米纤维和带负电的GDY纳米片通过静电自组装而成.在紫外光照射下,TiO2/GDY植入体能够产生羟基自由基(?OH),超氧阴离子(?O^2?)和过氧化氢(H₂O₂)等活性氧物种.原位生成的活性氧物种具有较强的氧化能力,可以破坏抗药性金黄色葡萄球菌(MRSA)的生物膜,还能抑制MRSA新细菌生物膜的形成和代谢.光照生成的H₂O₂具有持续缓释特性,在紫外光移除后,TiO₂/GDY植入体仍显示出长期的抗菌活性.此外,TiO₂/GDY具有良好的生物相容性和亲水性,有效吸附小鼠成骨细胞并诱导产生骨骼分化所需的蛋白质和酶,表明TiO₂/GDY纳米纤维具有良好的诱导骨组织生长能力.该工作创新性地将光催化技术应用于骨科植入体,提出了植入体原位光催化杀菌和诱导骨组织生长的新思路,实现了材料学和医学的交叉融合,为开发其他高效植骨材料提供了有益借鉴.     

WO3-TiO2负载的Pt单原子催化剂光热协同催化丙烷和丙烯氧化

单原子催化剂(single-atom catalyst,SAC)可以最大化金属原子利用率,并具有独特的电子特性,已经在各种催化反应中进行了广泛的探索。然而,与纳米催化剂相比,贵金属SAC在烃类氧化反应中通常被认为是不活泼的。在本文中,证明了WO₃-TiO₂负载的PtSAC (Pt₁/WO₃-TiO₂)在光热协同催化氧化C₃H₈和C₃H₆这两种典型的挥发性有机化合物(VOCs)中表现出比相应的纳米催化剂(Pt_NP/WO₃-TiO₂)高得多的活性。研究发现,Pt₁/WO₃-TiO₂和Pt_NP/WO₃-TiO₂都可以通过克服氧中毒来提高光热协同催化C₃H₈氧化...     

石墨相氮化碳的改性及在环境净化中的应用

利用半导体光催化剂技术可以将环境污染物进行分解、转化和矿化,是解决环境污染问题的一条有效途径.聚合物半导体石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有独特的电子结构和化学性质,是一种新型的非金属功能性材料,在利用太阳能转化清洁能源和化学合成领域受到广泛关注.近几年,g-C₃N₄的开发使得利用半导体光催化技术进行环境净化的研究取得了进一步发展.本文围绕g-C₃N₄作为催化材料在环境净化中的应用,包括对水体有机污染物、细菌、大气污染物、重金属离子、CO₂等的分解转化等,综述国内外近年来的一些重要研究进展.并以在降解有机污染物中的应用为例对g-C₃N₄性能优化的各种改性措施进行了总结.最后,本文对g-C₃N₄在光催化环境净化反应过程的反应机理进行总结,并对未来发展趋势进行展望.     

硒化铜纳米晶体的高效抗菌活性研究

制备了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)包被的硒化铜纳米晶体(Cu_(2-x)Se NCs),并对其高效抗菌活性机制进行了研究。革兰氏阴性细菌大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)和革兰氏阳性细菌金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aurues)被用作模型菌株,通过探究其最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC),以及杀菌动力学评估了Cu_(2-x)Se NCs的抗菌性能。实验结果显示,金黄色葡萄球菌对Cu_(2-x)Se NCs更为敏感,这是由于大肠杆菌具有双层膜而金黄色葡萄球菌仅拥有单层膜。此外,当Cu_(2-x)Se NCs浓度为32μg/mL时,不管是革兰氏阳性菌还是革兰氏阴性菌,都会在1 h内全部死亡,证明Cu_(2-x)Se NCs拥有较强的杀菌性能。     

含酰胺结构的新型2-氨基-4-苯基噻唑类化合物的合成及抗癌和抗菌活性研究（英文）

基于索拉非尼的结构特征设计、合成了一系列含有酰胺结构的新型2-氨基-4-苯基噻唑类化合物.所合成的化合物结构经1H NMR,13C NMR和HRMS表征,并对目标化合物的抗肿瘤和抗菌活性进行了研究.体外抗肿瘤抑制活性结果表明,部分目标化合物显示出较好的活性,特别是N-[3-(2-乙酰氨基噻唑-4-基)苯基]-3-氟苯甲酰胺(4n)对人类结肠癌细胞(HT29)和人肺上皮细胞(A549)细胞株具有显著的抗肿瘤作用,IC50值分别为6.31和7.98μmol·L-1.进一步的研究表明化合物4n可以影响Raf/MEK/ERK信号通路.此外,体外抗菌活性筛选发现,N-[3-(2-乙酰氨基噻唑-4-基)苯基]-3,4-二氯苯甲酰胺(4h)、N-[3-(2-乙酰氨基噻唑-4-基)苯基]-3-氯苯甲酰胺(4i)和N-[3-(2-乙酰氨基噻唑-4-基)苯基]-2,4-二氯苯甲酰胺(4o)对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌均具有较好抑制作用.     

缩氨基硫脲衍生物的合成及抗菌活性研究

以邻甲苯胺、苯胺或乙醇胺和二硫化碳为原料,经与氨水、氯乙酸钠和水合肼反应,合成了N(4)取代氨基硫脲,再与取代水杨醛或2-乙酰基吡啶进行缩合反应,得到6个缩氨基硫脲化合物3a~3f。抗菌实验结果表明:当质量浓度为1 mg/mL时,化合物3d对革兰氏阳性菌—金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌有很强的抑菌活性,对革兰氏阴性菌-大肠杆菌有一定的抑菌活性。      

化学键合法制备长效抗菌聚对苯二甲酸乙二醇酯材料及其性能

通过化学反应将抗菌剂聚六亚甲基盐酸胍(PHMG)键合到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基体上,制得抗菌剂质量分数为15%的PET抗菌母料(PET-g-PHMG),PHMG与PET的键合效率达93.7%.透射电子显微镜(TEM)结果表明,化学键的键合作用提高了PHMG与PET的相容性,使得极性的PHMG以纳米尺寸均匀分布在PET-g-PHMG中.在PET基体中添加少量PET-g-PHMG,可制成不同抗菌剂含量的PET样品,抗菌母料PET-g-PHMG的添加可抑制PET基体的降解,提高抗菌PET样品的特性黏度.所得抗菌PET样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均在99%以上,即使反复水洗,抗菌性能也无明显降低.该抗菌PET样品具有良好的可纺性,通过熔融纺丝可以制成抗菌PET纤维,其抗菌性能具有耐水洗性,抗菌动力学测试结果表明,该抗菌PET样品对革兰氏阴性和阳性细菌还具有较快速的杀灭作用.     

含硫正离子聚类肽水凝胶的合成与性能

通过伯胺引发肌氨酸-N-硫代羧酸酐(Sar-NTA)和N-烯丙基甘氨酸-N-硫代羧酸酐(NGA-NTA)的开环聚合制备了一种三嵌段聚类肽, 即聚(N-烯丙基甘氨酸)-b-聚肌氨酸-b-聚(N-烯丙基甘氨酸)(PNAG-b-PSar-b-PNAG, 简称PASA); 然后通过PASA侧链上的烯丙基与3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇之间的巯-烯“点击”化学反应合成了不同肌氨酸(Sar)摩尔分数的聚类肽水凝胶(HG). 巯-烯“点击”反应生成的大量硫醚基团可进一步与环氧化合物反应, 在水凝胶的网络骨架中生成硫正离子, 从而获得具有固有抗菌能力的含硫正离子聚类肽水凝胶(S⁺HG). S⁺HG具有优异的吸水能力, 能够在1 min内达到吸水平衡, 饱和溶胀率高达2024%. S⁺HG内部由大量规则的连续海绵孔状结构组成, 能够承受一定的剪切、 摩擦及挤压等外界应力. S⁺HG具有强效的广谱抗菌能力, 对革兰氏阴性的大肠杆菌(E. coli)和革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抗菌率都在99.99%以上.     

光热效应增强的Au/RGO/Na2Ti3O7光催化加氢性能

将典型的光热等离激元石墨烯和纳米金简便地负载在钛酸钠(Na₂Ti₃O₇)载体上, 构建出具有较窄禁带宽度和较高光催化活性的Au/RGO/Na₂Ti₃O₇光热辅助光催化体系. 研究发现, 石墨烯片层与金纳米颗粒在光照下, 通过局域表面等离激元共振效应诱导产生大量的热电子, 以活化反应物并降低反应活化能, 其引发的光热效应还可精准提升光催化体系中反应位点附近的温度, 从而大幅提升光催化反应速率. 通过构建特殊微支结构, 进一步增强了Au/RGO/Na₂Ti₃O₇催化剂对光的捕获, 并限域锚定高表面能催化剂以增强体系的稳定性. 在光热、 光催化的高效协同增强下, Au/RGO/Na₂Ti₃O₇催化剂体系对对硝基苯酚和肉桂醛的加氢反应均表现出增强的光催化活性. 光热辅助下的Au/RGO/Na₂Ti₃O₇光催化剂在对硝基苯酚反应中的转换频率（TOF）值高达54.4 min^-1, 反应活化能显著降低至15.78 kJ/mol, 且其在长效测试中表现出良好的稳定性（4次循环催化后, 转化率的保持率近90%）.