季铵盐化荧光硅纳米颗粒用于抗菌及革兰氏阴、阳性菌的鉴别

AFM-wufugen细菌感染一直威胁着人类的健康,而抗生素的发现则在一段时间内较好地解决了这一问题。但近年来,随着抗生素的滥用,大量耐药细菌不断产生,使得相当一部分的抗生素无法有效杀死这些耐药细菌。因此开发一些新型抗生素,尤其是细菌很难产生耐药性的抗菌试剂,对于对抗耐药细菌感染具有重要意义。另一方面,鉴别未知细菌的种类,尤其是快速确定细菌的革兰氏阴阳性分类,对于合理选择抗生素至关重要。例如,某些抗生素对大部分革兰氏阳性菌有较好的杀伤效果,但是对革兰氏阴性菌的杀伤效果则较差;而另一些抗生素则恰恰相反。由于传统的革兰氏染色法操作复杂、易出现假阳性等缺点,亟需开发一种快速、简单且准确的鉴别细菌革兰氏阴阳性的方法。

本工作发明了一种基于季铵盐化硅纳米颗粒实现抗菌及革兰氏阴、阳性菌区分的方法。该季铵盐化硅纳米颗粒是通过带氨基的硅纳米颗粒和带羧基的烷基甜菜碱通过一步化学反应制得的。实验发现,该季铵盐化硅纳米颗粒具有强烈的极性依赖的荧光发射性质。当纳米颗粒与模型细菌膜作用后其荧光强度可增强10倍左右。将纳米颗粒分别与革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌孵育后,只有革兰氏阳性菌能被其染色,这就提供了一种快速、简单鉴别革兰氏阴、阳性菌的方法。此外,该季铵盐化硅纳米颗粒在实现革兰氏阳性菌成像的同时,还能有效杀死革兰氏阳性菌,其最小抑菌浓度为1~2 μg/mL。体内外实现都证明该材料具有良好的抗菌效果。由于此类材料的抗菌机制主要为破坏细菌壁或细胞膜的完整性,因此这类抗菌试剂不易产生耐药性。同时,该季铵盐化硅纳米颗粒还具有制备简单、水溶性好、稳定性高、生物相容性好等优点,有望成为一种理想的细菌鉴别和抗菌试剂。该研究首次将硅纳米颗粒转变为细菌成像和抗菌试剂,不仅拓宽了硅纳米颗粒的应用,而且为细菌鉴别和抗菌试剂的设计提供了新思路。东南大学生物科学与医学工程学院的博士生张晓东和硕士生陈晓凯是论文的共同第一作者,东南大学生物科学与医学工程学院的吴富根教授与美国密歇根大学化学系的陈战教授是论文的共同通讯作者。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201602185)上。

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