Advanced Materials:富含缺陷的MoS2/rGO垂直异质结构用于酶催化抗菌治疗

细菌感染每年困扰着数百万人,已成为一个全球严峻的公共卫生问题。由于抗生素的滥用,出现了具有多重耐药性的“超级细菌”。因此,迫切需要开发治疗细菌感染的新试剂和新手段。

纳米酶抗菌疗法(NABT),作为一种新型的抗菌手段,在治疗耐药性细菌感染方面展示出巨大的潜力。NABT通常使用具有拟酶活性的人造纳米材料,通过催化H2O2或O2转化为活性氧自由基(ROS),这些ROS与细菌细胞膜上的蛋白质,脂质,多糖等结合,从而导致细菌膜分解,进而导致细胞死亡。然而,一般的纳米酶催化活性较低、细菌捕获能力差,而且材料合成设计复杂,极大地限制了NABT的广泛应用。此外,纳米酶固有的毒性和依赖于较高浓度的H2O2,可能会损害正常的细胞组织。因此必须设计出具有高活性,低毒性和强细菌捕获能力的智能纳米酶,以备广泛的应用。

国家纳米中心陈春英研究团队、西北大学刘晶研究团队,与济南大学于欣研究团队通过一步微波辅助水热法合成了一种富含缺陷与超强细菌捕获能力的MoS2/rGO垂直异质结构(VHS)拟酶催化材料。其结构为少层MoS2纳米片垂直生长于rGO的表面,暴露了更多的边缘活性位点;并且由于微波能够将GO快速的还原成rGO,避免了材料的团聚。更重要的是,由于MoS2的快速生长,出现了双空位(VS+VMo)的表面缺陷,提供了更多的催化活性中心。通过实验和理论证明,MoS2/rGO VHS具有增强的三种拟酶催化活性(类氧化酶、类过氧化物酶和类过氧化氢酶),并且可以通过光照射进一步提高。同时,由于垂直异质结构粗糙表面与细菌的拓扑相互作用,使其拥有出色的细菌捕获能力。这种富含缺陷的粘附性纳米酶对金黄色葡萄球菌和耐氯霉素大肠杆菌均表现出优异的抗菌效果。进而通过动物实验发现,其可以有效促进表层炎症伤口的愈合,加速受损皮肤的修复和再生,具有明显的抗菌疗效。这项工作不仅开发了一种新的方案来构建具有细菌捕获能力的高效纳米酶,而且还通过整合缺陷化学、纳米拓扑和催化性能,为智能抗菌材料的设计提供了新视野。相关结果发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202005423)上,第一作者为西北大学的博士研究生王龙伟与硕士研究生高奋娥。