【新能源前线】Angew. Chem. Int. Ed.: 多肽介导水相合成的近红外二区Ag2S量子点用于快速光催化杀菌

蔡佳蓉 1年前 (2023-03-17) 1579浏览

一、【导读】

水体中的致病微生物容易引发细菌性传染病，严重威胁着全球人类健康。传统细菌消毒方法，包括紫外照射、氯化及臭氧处理，被广泛使用。但是这些杀菌方法不可避免的会存在成本高、效率低、生物相容性差和副产物致癌的局限性。近年来，近红外光热纳米材料发展迅速，在光热治疗、光动力治疗及近红外成像等方面表现出巨大优势。这为基于近红外光热材料的水体杀菌提供了新思路。

二、【成果掠影】

近期，南京大学化学化工学院赵劲教授团队通过使用银结合肽（AgBP2）作为模板，水相合成获得AgBP2-Ag2S量子点。合成的AgBP2-Ag2S量子点在808 nm的光照激发下，在1050 nm波长附近的近红外二区具有明显的荧光发射，且量子点在不同缓冲体系和金属离子溶液中均表现出良好的荧光稳定性。作者借助合成的AgBP2-Ag2S量子点在近红外光照射下优异的光热性能，评估了AgBP2-Ag2S量子点的光热杀菌效果，在近红外光触发下杀菌率可以达到99.06%。进一步地，作者通过对AgBP2-Ag2S量子点在光催化作用下的杀菌能力验证，肯定了AgBP2-Ag2S量子点在近红外光照射下的高效杀菌能力来自于光催化和光热的协同作用。相关研究工作以“Peptide-mediated Aqueous Synthesis of NIR-II Emitting Ag2S Quantum Dots for Rapid Photocatalytic Bacteria Disinfection”为题，发表在国际顶级期刊Angewandte Chemie-International Edition上。

三、【核心创新点】

  1. 以银结合肽（AgBP2）作为模板，水相合成获得了近红外二区发射的AgBP2-Ag2S量子点。合成的AgBP2-Ag2S量子点表现出很好的结构稳定性和光稳定性。
  2. 借助AgBP2-Ag2S量子点在近红外光照射下的光催化和光热特性，实现了高效快速杀菌。25分钟的近红外光照下杀菌率达99.06%。

四、【数据概览】

图1.（a）AgBP2-Ag2S量子点的水相合成过程示意图。AgBP2代表多肽序列（EQLGVRKELRGV）。插图为合成的AgBP2-Ag2S量子点的照片。（b-c）AgBP2-Ag2S量子点的TEM和高分辨TEM图像。（d-e）AgBP2-Ag2S量子点经EDX元素分析获得的Ag和S元素分布图。（f）AgBP2-Ag2S量子点的暗场扫描TEM图像。（g-i）AgBP2-Ag2S量子点的元素分布mapping图。©Wiley-VCH

图2.（a-c）AgBP2-Ag2S量子点的XPS测量光谱和相应Ag 3d和S 2p的XPS高分辨光谱图。（d-e）808 nm激光照射下AgBP2-Ag2S量子点的吸收光谱图和荧光发射光谱图。插图为AgBP2-Ag2S量子点的近红外二区荧光照片。（f）AgBP2-Ag2S量子点和吲哚菁绿（ICG）荧光染料在1.5 W/cm-2的808 nm的激光下照射100分钟后的荧光稳定性比较。（g-h）AgBP2-Ag2S量子点在不同缓冲溶液体系中的照片、荧光成像图及荧光强度比较。（i）AgBP2-Ag2S量子点体系中加入不同金属离子的荧光强度统计图。© Wiley-VCH

图3.（a）不同浓度AgBP2-Ag2S量子点在持续6分钟光照下的温度变化曲线（808 nm，1.5 W/cm-2）。（b）200 mg/mL的AgBP2-Ag2S量子点在不同功率的808 nm激光持续照射6分钟的温度变化曲线。（c）AgBP2-Ag2S量子点的光热稳定性测试。（d）AgBP2-Ag2S量子点在持续6分钟光照后停止光照的温度变化曲线（808 nm，1.5 W/cm-2）。（e）冷却过程的时间和Ln(q)之间的线性拟合曲线。（f）自然光下的光热照片。（g）AgBP2-Ag2S量子点在持续6分钟光照下的不同时间点的光热成像图。© Wiley-VCH

图4.（a）敏感性测定中的细菌菌落照片。所有平板均在37°C下孵育16个小时。（b）在近红外光照、AgBP2-Ag2S量子点+避光和AgBP2-Ag2S量子点+近红外照射条件下，扩散平板测定中大肠杆菌菌落的CFU比率。（c-e）不使用或使用808 nm的近红外光照射AgBP2-Ag2S量子点后大肠杆菌的活/死染色图像、荧光强度统计和荧光发射光谱。© Wiley-VCH

图5.（a-b）AgBP2-Ag2S量子点在不同条件下对大肠杆菌的消毒性能比较（1.5´107 CFU/mL）（c）通过CFU计数计算的大肠杆菌的相对细菌活力。（d）杀菌动力学曲线的反应速率常数k。（e）不同处理后细菌溶液的光热成像图。（f）用AgBP2-Ag2S量子点进行不同处理后，在有或者没有近红外光照射下的大肠杆菌的活/死染色图像。© Wiley-VCH

图6.（a）添加不同清除剂对大肠杆菌的光催化消毒效率的影响。（b）DMPO/·O2−在存在808 nm照射AgBP2-Ag2S量子点情况下的ESR光谱图。（c）细菌细胞破坏过程中释放的DNA和RNA的实时浓度。（d）AgBP2-Ag2S量子点在近红外光照射下的消毒机制。© Wiley-VCH

五、【成果启示】

该研究以银结合肽（AgBP2）作为模板，水相合成获得生物相容性好的AgBP2-Ag2S近红外二区量子点。结合AgBP2-Ag2S量子点在近红外光照射下的光催化和光热性能，实现了对水体中细菌的协同杀菌作用。在25分钟的照射下可以实现对99.06%细菌的杀灭。该研究为构建用于快速消毒的高性能光热剂提供了新途径。

原文详情：https://doi.org/10.1002/anie.202300085

 

本文由材料人蔡佳蓉供稿。

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