Advanced Functional Materials:磁场取向的氧化石墨烯纳米片和金纳米团簇复合物实现协同杀菌作用

细菌耐药性使得细菌感染成为全球范围内威胁人类健康的严重问题之一。绝大多数抗生素仅具有单一的杀菌机制,所以细菌会逐渐进化出相应的耐药性。因此,迫切需要开发新型具有协同作用的广谱杀菌剂来解决日益严重的细菌耐药性问题。在众多的新型杀菌剂中,结合具有物理杀菌机制和化学杀菌机制的杀菌材料来开发具有协同杀菌作用的复合物是很有希望的解决途径之一。

新加坡国立大学化学与生物分子工程学院Chen Po-Yen和Xie Jianping课题组合作设计出一种新型的复合材料用于物理化学协同杀菌:顺磁性金属离子钬(Ho3+)络合的氧化石墨烯纳米片(GO)复合材料(Ho-GO)可以在很弱的磁场(< 0.5 T)下取向排列,金纳米颗粒(AuNCs)可以进一步结合在Ho-GO上形成三元复合材料(Ho-GO-Au)以实现协同杀菌作用。相较于随机排列的Ho-GO,取向后的Ho-GO具有更高密度的锋利边缘,可以更高效的切割细菌的细胞膜,提升物理杀菌效果。此外,GO表面丰富的官能团可以与细菌接触产生活性氧(ROS),取向的Ho-GO可以更好的与细菌接触,进而产生更多的ROS实现化学杀菌。另一方面,超小尺寸的AuNCs(小于2纳米)可以进入细菌内,干扰细菌正常的新陈代谢生理功能,产生大量ROS达到化学杀菌的效果。在取向的Ho-GO-Au高效的切割细菌的细胞膜后,其上负载的AuNCs可以更容易的进入细菌内部,进一步产生更多的ROS实现化学杀菌。因此,这种新型三元复合材料可以结合GO和AuNCs具有的物理杀菌机制和化学杀菌机制,实现广谱和高效的协同杀菌作用。该复合材料可以抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的生长,而且具有很低的IC50值(GO = 9.8 µg mL−1, AuNCs = 0.39 × 10−6 M)。此外,由于三种材料本身都具有很高的生物安全性,所以合成的复合材料毒性很低,很有希望进行下一步生物医学研究。

相关论文以题为“Synergistic Antimicrobial Capability of Magnetically Oriented Graphene Oxide Conjugated with Gold Nanoclusters”发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201904603)上。