谷战军课题组

课题组在《Theranostics》发表综述:二维类石墨烯纳米材料在抗菌领域的现状与展望

2019-12-13 11:22来源:Theranostics微信公众号浏览数:307 

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近年来,传统抗生素的过度使用或滥用导致了多重耐药性“超级细菌”的广泛出现并迅速传播,而能有效抑制耐药性细菌的抗生素种类非常有限并且研究进度缓慢,因此迫切需要开发新型抗耐药杀菌剂。与传统的抗生素不同,纳米材料由于具有良好的跨膜能力、优异的生物相容性和多模式抗细菌耐药性的特点,在抗菌领域的应用引起了广泛的研究兴趣。其中,许多研究工作表明,典型的石墨烯纳米材料展现出了潜在的抗菌能力。此外,二维类石墨烯(2D NBG)纳米材料,例如二维过渡金属硫/氧化物、金属基纳米片、黑磷基纳米片、氮化碳和二维过渡金属碳/氮化物,因其具有较大的比表面积、独特的物理化学性能,也被报道具有优异的抗菌性能而有望成为新型的抗菌剂。基于此,中国科学院高能物理研究所谷战军研究员团队在《Theranostics》杂志上发表了题为“Two-dimensional nanomaterials beyond graphene forantibacterial applications: current progress and future perspectives”的综述文章,系统地介绍了近年来发展的二维类石墨烯纳米抗菌剂的主要类型,并详细概述了相关的抗菌机制、影响抗菌性能的主要因素以及基于这些二维类石墨烯纳米材料的抗菌策略,还针对二维类石墨烯纳米抗菌剂的应用所面临的挑战进行了分析和总结。

文章首先系统梳理了2D NBG纳米材料抗菌机制的主要类型:(1)物理接触损伤或纳米刀切割机制;(2)细菌的氧化应激损伤(活性氧依赖和活性氧不依赖两种);(3)光致抗菌(光热、光动力和光催化抗菌)机制;(4)控制药物/金属离子释放抗菌机制;(5)多模式协同抗菌作用。由于纳米材料与细菌相互作用方式可能与纳米材料的理化性质有关,因此文章进一步分析了纳米材料的理化参数(包括尺寸、形状、层数、相结构及表面功能化)对2D NBG纳米材料抗菌性能的影响,例如较小尺寸的银纳米颗粒可以增加与细菌的相互作用而表现出更高的抗菌活性。可见,调控2D NBG纳米材料的理化参数对于优化其抗菌性能具有关键作用和重要的指导意义。文章还结合大量实例详述了近年来兴起的几类典型2D NBG抗菌纳米材料及其抗菌性能和抗菌应用。

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最后,文章2D NBG纳米材料抗菌领域的发展前景及今后的研究重点进行了探讨。文章指出,2D NBG抗菌剂生物安全性的系统评估是临床转化前非常重要的环节,同时还强调了2D NBG与细菌之间的界面相互作用及其抗菌机制尚需深入研究(例如结合理论计算模拟),并指出通过优化2D NBG纳米材料的理化参数、探索基于2D NBG的多模式协同抗菌策略来进一步增强抗菌性能,以期促进2D NBG抗菌剂的转化应用。

中国科学院高能物理研究所的谷战军研究员和尹文艳副研究员为文章的共同通讯作者,课题组博士生梅林强为文章第一作者。

参考文献:

Mei Linqiang, Zhu Shuang, Yin Wenyan,Chen Chunying, Nie Guangjun, Gu Zhanjun, Zhao Yuliang. Two-dimensional nanomaterials beyond graphene for antibacterial applications:current progress and future perspectives. Theranostics 2020; 10(2):757-781.

原文链接:http://www.thno.org/v10p0757.htm