【长摘要】陕西理工大学史娟团队：ZnFe2O4@聚多巴胺@Ag 纳米复合材料的制备及其抑菌性

　　收稿日期：2023–01–16；录用日期：2023–03–03
　　作者：史娟*,梁犇,宋凤敏,郝梦超,韩媛媛,吴迎花,邱莹,杨骏鹏,郭少波*
　　单位：陕西理工大学化学与环境科学学院，陕西省催化基础与应用重点实验室
　　基金项目：陕西省科技厅项目(2020ZDLGY11-02；2021SF-382；2021JQ-752)；陕西理工大学秦巴生物资源与生态环境省部共建国家重点实验室项目(SXJ-2106)；陕西理工大学科研一般项目(SLGKYXM2208)；陕西省科技厅项目(2023-JC-QN-0162)
　　关键词：ZnFe2O4聚多巴胺(PDA)Ag；纳米材料；抑菌机制；抑菌材料；Ag纳米颗粒(NPs)
　　目的：
　　抗生素的滥用导致大量耐药菌出现对社会健康造成了严重的威胁。因此，迫切需要开发新型、有效持久的抗菌剂，以应对日益增长的公共卫生需求。
　　方法：
　　以FeCl3、NaAc和ZnCl2为原料用“热溶剂法”制备磁性铁酸锌(ZnFe2O4)，再以ZnFe2O4为核进行聚多巴胺(PDA)包覆形成ZnFe2O4 PDA纳米微球，最后将由化学还原法制备的粒径在2-16 nm的银纳米颗粒(Ag NPs)负载于ZnFe2O4 PDA表面，形成ZnFe2O4 PDA Ag纳米复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、Zeta电位等表征材料形貌特征。以革兰氏阴性菌铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)、革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S.aureus)和耐药菌沙门氏菌(T-Salmonella)为模式菌，研究ZnFe2O4 PDA Ag材料的抑菌活性及抑菌机制。
　　结果：
　　通过TEM、XPS可得，所制备的ZnFe2O4 PDA Ag为纳米核壳结构，ZnFe2O4 NPs核为均匀的球形结构，其平均粒径约86.7 nm，多巴胺均匀覆盖在ZnFe2O4表面，平均粒径约为119.2 nm，其次，纳米银小颗粒附着与PDA表层，小颗粒Ag NPs其平均粒径为7.1 nm。由此可表明ZnFe2O4 PDA Ag纳米复合材料的成功制备。XRD谱图显示ZnFe2O4与ZnFe2O4 PDA的谱图，两者谱图无明显差异，这是由于PDA是一种非晶聚合物，受远程无序性所限，其在XRD测试中无法得到特征峰，且其衍射峰刚好与标准卡片对应。最后观察ZnFe2O4 PDA Ag的谱图，可以看出该纳米粒子的特征峰刚好包含了Ag NPs与ZnFe2O4的所有特征峰且无杂峰，由此可进一步证明ZnFe2O4 PDA Ag纳米复合材料的成功制备。并通过UV-Vis、FT-IR对复合材料的成功制备进行了进一步验证。抑菌性能结果显示，相比于同比例浓度的Ag NPs(负载量0.39%)，材料对P.aeruginosa的抑菌率提升了57.1%、对S.aureus和T-Salmonella提升值分别为61.7%和39.2%。材料浓度为200μg/mL，作用时间60 min条件下，ZnFe2O4 PDA Ag对测试菌抑制率均可达到99.9%。抑菌机制结果证实，ZnFe2O4 PDA Ag可与细胞壁表面蛋白作用破坏细胞壁，进入细菌内部与胞内蛋白和相关酶作用阻碍细胞呼吸，且破坏DNA结构并抑制其复制过程，从而影响细菌呼吸和细胞分裂等生理生化过程，最终导致细菌死亡。
　　结论：
　　本文成功制备了ZnFe2O4 PDA Ag纳米复合材料，ZnFe2O4 PDA Ag纳米复合材料很好地解决了小颗粒纳米银易团聚的问题，进而较大程度地提升了纳米银的抑菌性能。此外，ZnFe2O4的磁性使纳米复合材料能够被重复利用，有效地降低了材料成本。最终该材料有望于在医疗器械以及污水处理等领域有很大的应用前景。