【新能源前線】Angew. Chem. Int. Ed.: 多肽介導水相合成的近紅外二區Ag2S量子點用于快速光催化殺菌

蔡佳蓉 4個月前 (03-17) 829瀏覽

一、【導讀】

水體中的致病微生物容易引發細菌性傳染病，嚴重威脅著全球人類健康。傳統細菌消毒方法，包括紫外照射、氯化及臭氧處理，被廣泛使用。但是這些殺菌方法不可避免的會存在成本高、效率低、生物相容性差和副產物致癌的局限性。近年來，近紅外光熱納米材料發展迅速，在光熱治療、光動力治療及近紅外成像等方面表現出巨大優勢。這為基于近紅外光熱材料的水體殺菌提供了新思路。

二、【成果掠影】

近期，南京大學化學化工學院趙勁教授團隊通過使用銀結合肽（AgBP2）作為模板，水相合成獲得AgBP2-Ag2S量子點。合成的AgBP2-Ag2S量子點在808 nm的光照激發下，在1050 nm波長附近的近紅外二區具有明顯的熒光發射，且量子點在不同緩沖體系和金屬離子溶液中均表現出良好的熒光穩定性。作者借助合成的AgBP2-Ag2S量子點在近紅外光照射下優異的光熱性能，評估了AgBP2-Ag2S量子點的光熱殺菌效果，在近紅外光觸發下殺菌率可以達到99.06%。進一步地，作者通過對AgBP2-Ag2S量子點在光催化作用下的殺菌能力驗證，肯定了AgBP2-Ag2S量子點在近紅外光照射下的高效殺菌能力來自于光催化和光熱的協同作用。相關研究工作以“Peptide-mediated Aqueous Synthesis of NIR-II Emitting Ag2S Quantum Dots for Rapid Photocatalytic Bacteria Disinfection”為題，發表在國際頂級期刊Angewandte Chemie-International Edition上。

三、【核心創新點】

  1. 以銀結合肽（AgBP2）作為模板，水相合成獲得了近紅外二區發射的AgBP2-Ag2S量子點。合成的AgBP2-Ag2S量子點表現出很好的結構穩定性和光穩定性。
  2. 借助AgBP2-Ag2S量子點在近紅外光照射下的光催化和光熱特性，實現了高效快速殺菌。25分鐘的近紅外光照下殺菌率達99.06%。

四、【數據概覽】

圖1.（a）AgBP2-Ag2S量子點的水相合成過程示意圖。AgBP2代表多肽序列（EQLGVRKELRGV）。插圖為合成的AgBP2-Ag2S量子點的照片。（b-c）AgBP2-Ag2S量子點的TEM和高分辨TEM圖像。（d-e）AgBP2-Ag2S量子點經EDX元素分析獲得的Ag和S元素分布圖。（f）AgBP2-Ag2S量子點的暗場掃描TEM圖像。（g-i）AgBP2-Ag2S量子點的元素分布mapping圖。?Wiley-VCH

圖2.（a-c）AgBP2-Ag2S量子點的XPS測量光譜和相應Ag 3d和S 2p的XPS高分辨光譜圖。（d-e）808 nm激光照射下AgBP2-Ag2S量子點的吸收光譜圖和熒光發射光譜圖。插圖為AgBP2-Ag2S量子點的近紅外二區熒光照片。（f）AgBP2-Ag2S量子點和吲哚菁綠（ICG）熒光染料在1.5 W/cm-2的808 nm的激光下照射100分鐘后的熒光穩定性比較。（g-h）AgBP2-Ag2S量子點在不同緩沖溶液體系中的照片、熒光成像圖及熒光強度比較。（i）AgBP2-Ag2S量子點體系中加入不同金屬離子的熒光強度統計圖。? Wiley-VCH

圖3.（a）不同濃度AgBP2-Ag2S量子點在持續6分鐘光照下的溫度變化曲線（808 nm，1.5 W/cm-2）。（b）200 mg/mL的AgBP2-Ag2S量子點在不同功率的808 nm激光持續照射6分鐘的溫度變化曲線。（c）AgBP2-Ag2S量子點的光熱穩定性測試。（d）AgBP2-Ag2S量子點在持續6分鐘光照后停止光照的溫度變化曲線（808 nm，1.5 W/cm-2）。（e）冷卻過程的時間和Ln(q)之間的線性擬合曲線。（f）自然光下的光熱照片。（g）AgBP2-Ag2S量子點在持續6分鐘光照下的不同時間點的光熱成像圖。? Wiley-VCH

圖4.（a）敏感性測定中的細菌菌落照片。所有平板均在37°C下孵育16個小時。（b）在近紅外光照、AgBP2-Ag2S量子點+避光和AgBP2-Ag2S量子點+近紅外照射條件下，擴散平板測定中大腸桿菌菌落的CFU比率。（c-e）不使用或使用808 nm的近紅外光照射AgBP2-Ag2S量子點后大腸桿菌的活/死染色圖像、熒光強度統計和熒光發射光譜。? Wiley-VCH

圖5.（a-b）AgBP2-Ag2S量子點在不同條件下對大腸桿菌的消毒性能比較（1.5′107 CFU/mL）（c）通過CFU計數計算的大腸桿菌的相對細菌活力。（d）殺菌動力學曲線的反應速率常數k。（e）不同處理后細菌溶液的光熱成像圖。（f）用AgBP2-Ag2S量子點進行不同處理后，在有或者沒有近紅外光照射下的大腸桿菌的活/死染色圖像。? Wiley-VCH

圖6.（a）添加不同清除劑對大腸桿菌的光催化消毒效率的影響。（b）DMPO/·O2?在存在808 nm照射AgBP2-Ag2S量子點情況下的ESR光譜圖。（c）細菌細胞破壞過程中釋放的DNA和RNA的實時濃度。（d）AgBP2-Ag2S量子點在近紅外光照射下的消毒機制。? Wiley-VCH

五、【成果啟示】

該研究以銀結合肽（AgBP2）作為模板，水相合成獲得生物相容性好的AgBP2-Ag2S近紅外二區量子點。結合AgBP2-Ag2S量子點在近紅外光照射下的光催化和光熱性能，實現了對水體中細菌的協同殺菌作用。在25分鐘的照射下可以實現對99.06%細菌的殺滅。該研究為構建用于快速消毒的高性能光熱劑提供了新途徑。

原文詳情：https://doi.org/10.1002/anie.202300085

 

本文由材料人蔡佳蓉供稿。

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