单位：成都理工学院
研究背景
光催化技术已被广泛应用于解决能源危机，如光催化加氢制氧、二氧化碳降耗、环境污染整治等。近些年来细胞膜骨架，光催化因为其中级氧化性质，也因其杀灭病菌的能力而被用于水消毒。作为一种新兴的抑菌技术，光催化显示了其优势，由于可以通过光催化剂的智能设计来控制病菌灭活的疗效和成本。
文章简介
日前，来自成都理工学院王坤杰院士等，在国际著名刊物《ofAnd》上发表题为“Studyofmetalwith”的文章。采用一步热溶剂原位生长法制备了银和碳量子点参杂的铋金属有机骨架(CAU-17)复合材料。所制备的复合材料具有奇特的能带结构，提高了可见光的吸收，有效地减缓了光生自旋的复合。结果表明，CAU-17/Ag/CQDs在可见光照射20min后对真菌生长有显著的抑制作用，而在0.5mg/mL时，CAU-17/Ag/CQDs对所有受试菌均有完全杀灭作用。当含量为0.8mg/mL时，对HepG2病变细胞的抑制率达到75%。
方案1、制备CaU-17/Ag/CQDs复合材料的示意图
要点一：分层光催化剂异质结的产生策略
呈竖琴状的CAU-17的形貌及其在参杂Ag+和CQDs后折叠层宽度普遍减小。CAU-17/Ag/CQDs复合材料的放大图象表明，参杂CQDs和Ag+的CAU-17的形貌转变为长度为纳米的多层薄片，在其上沉积了CQDs和Ag粒子。这些层状异质结结构有助于在CAU-17、Ag和CQDs之间产生较大的接触面积，进而有效地稳定了光生自旋并延后了它们的复合。
图2、CAU-17、CAU-17/CQDS、CAU-17/Ag和CAU-17/Ag/CQDS复合材料的扫描电子显微镜波谱。
要点二：抑制真菌生长的机理
在光照条件下，复合材料CAU-17/Ag/CQDs诱导的活性物质ROS、·OH和·O2−。可以直接功击真菌细胞膜、细胞膜或固有的细胞结构，进而可能造成真菌细胞死亡。在黑暗条件下，CAU17/Ag/CQDs复合材料可能与微生物细胞膜(革兰氏阳性病菌)、细胞壁(革兰氏阴性真菌)或对细胞固有结构至关重要的蛋白质/DNA构建静电互相作用或官能团，这可能造成细胞膜/壁破坏或细胞生长障碍造成细胞溶化。并且从CAU-17/Ag/CQDs纳米复合材料中释放出的Bi3+和Ag+可能会带来细胞毒性，造成真菌细胞死亡。
图3、(a)DMPO-·O2−加合物的电子载流子共振光谱。(B)DMPO-·OH加合物的ESR谱。(a.u-任意单位)。(c)在剧烈搅拌(初始含量为500μgmL−1)下，Ag+、(d)Bi3+的溶化动力学。结果代表了三个平行实验的平均值，偏差条代表了平均值的标准误差。
要点三：光催化性能评价
CAU-17/Ag/CQDs抑菌作用的含量依赖关系表明，当含量为0.5mg/mL时，所有金红色猕猴桃杆菌、大肠链球菌和耐甲氧西金红色猕猴桃杆菌三种真菌的生长都被完全抑制。CAU-17/Ag/CQDs在黑暗中处理24小时和在光照处理20分钟后的扫描电子显微镜图象表明，暗处理的真菌细胞没有显著的形态变化，但在光处理20分钟后细胞膜骨架，两种真菌的细胞均出现显著的凹坑、萎缩、细胞壁破裂和细胞完整性破坏。这否认了CAU-17/Ag/CQDs复合材料具有优异的光催化抑菌活性。除此之外，CAU-17/Ag/CQDs纳米复合材料具有代替5-氟尿嘧啶作为抗肺癌抗生素的潜力。
图4、(a)不同含量的CAU-17/Ag/CQds复合材料在光照条件下对金红色猕猴桃杆菌、大肠链球菌和耐甲氧西林金红色猕猴桃杆菌的体外抑菌活性比较；(b)CAU-17/Ag/CQds复合材料处理过的真菌的扫描电子显微镜图象。
图5、不同含量的CAU-17/Ag/CQDs纳米复合材料对癌症细胞HepG2增殖的抑制作用。结果代表了三个平行实验的平均值，偏差条代表了平均值的标准误差。
要点四：小结与前瞻
综上所述，我们开发了一种简单的方式，使用表面活性剂PVP作为分散剂来控制生长在表面的银和量子点的分散，并通过溶剂热原位生长的方式在CAU-17的界面上生长出了银和量子点的三元异质结材料，该材料参杂了银和碳量子点，得到了奇特的纳米块状形貌。光催化剂对金红色猕猴桃杆菌、大肠埃希菌和耐甲氧西林金红色猕猴桃杆菌的抗菌率均为99.99%，在0.5mg/mL的可见光照射下，抗菌率为99.99%。复合材料光催化活性的提升归因于Ag和CQDs参杂所带来的奇特的纳米块状形貌和电子结构，进而造成了较大的界面接触面积、有效的电荷转移、高效的电子-空穴分离、增强的光吸收和延长了ROS、·OH和·O2−的生成。据悉，体外抗肺癌实验表明，CAU-17/Ag/CQDs纳米复合材料可以代替5-氟尿嘧啶作为抗肿瘤抗生素。这一设计策略将为废水进化、光动力疗法和癌症医治提供新的概念，该产品可应用于疾病诊治、药物输送和不同分类群的微生物消毒。
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Studyofmetalwith
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