【石墨烯攜手銅離子:高效抗菌、對動物無毒】細菌感染及其耐藥性問題是世界上最大公共衛生威脅之一,如何增強抗菌活性同時儘可能減少環境毒性為其關鍵問題之一。銅抗菌活性雖自古就為人所知,然而,過量銅離子本身具極強毒性而威脅環境安全。

近日,揚州大學塗育松課題組、復旦大學譚硯文課題組和華東理工大學方海平課題組合作,利用銅離子功能化石墨烯實現選擇性的顯著抗菌活性,相比環境銅離子而言,其抗菌活性提升兩個數量級。而在極大地增強石墨烯抗菌活性的同時,對哺乳動物細胞表現為無毒性。相關論文發表于《先進功能材料》。論文傳送門:http://t.cn/A65bp435

他們提出利用銅離子來功能化石墨烯的抗菌機制。理論計算表明,石墨烯通過銅離子與石墨烯之間的離子π相互作用,大量吸附銅離子形成石墨烯銅離子複合物;通過帶有正電的石墨烯銅離子複合物與帶有負電的細菌細胞膜之間靜電作用,石墨烯展現獨特功能性,即不僅快速將銅離子大量運送並富集於細菌表面,而且離子π的相互作用可讓銅離子價態從+2價轉變為+1,從而實現顯著抗菌活性。

進一步實驗證實,功能化石墨烯吸附銅離子,致使環境中銅離子濃度低於0.5 μM,達到國家地表水質標準;抗菌實驗表明,銅離子功能化石墨烯極大地增強了石墨烯的抗菌活性,相比環境銅離子而言,其抗菌活性提升兩個數量級。

FE-SEM和XPS實驗也分別證明石墨烯將銅離子大量運送並富集細菌表面以及吸附在石墨烯上銅離子價態的轉變,從而證實了理論預測的石墨烯功能性抗菌機制。

通過對比殺死藻類細胞以及哺乳動物細胞的實驗,他們發現,這一抗菌機制對帶負電的細胞是有效的,而對於本身為電中性的哺乳動物細胞而言並不起作用,因此實現了選擇性的顯著抗菌活性。http://t.cn/A65bp43q

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