Adv. Mater.：基于电子传递原理的兼具细菌传感和抗菌作用的界面

来源：X一MOL资讯

近日，香港城市大学朱剑豪教授团队与中国科学院上海硅酸盐研究所刘宣勇教授、中国科学技术大学吴征威教授合作开发了基于电子传递原理的兼具细菌传感和抗菌作用的材料。这一成果近期发表于Advanced Materials，文章的第一作者是香港城市大学博士后王国敏（共同通讯作者）和香港城市大学博士研究生唐楷为。
微生物引起的污染以及感染危害巨大，对此，研究者们在抗菌材料的设计和制备上进行了诸多尝试。传统化学杀菌剂与抗生素等释放型抗菌手段面临细菌耐药性和不可控释放带来的二次污染以及需要杀菌物质的再补充等缺陷。此外，对抗菌过程进行监测，能够更好地促进抗菌材料的研究与应用，从而避免副作用的产生。但是，目前集传感与抗菌双重性能为一体的研究较少，而且仅仅是对传统抗菌和细菌传感进行简单组合，没有克服传统手段的局限性。
近年来，基于电子传递的非释放型杀菌界面受到了广泛关注。对细菌和材料界面电子传递现象的系统研究激发了文章作者设想以电子传递作为指示细菌数量的信号，实现细菌传感监测与杀菌的双重功效。基于此设想，团队成员首先制备了金纳米颗粒修饰的氧化锌纳米棒涂层，并研究了无光条件下涂层与细菌之间的相互作用。首先，材料与细菌作用可实现1小时内80%的杀菌率；同时，通过横向以及纵向对比定量测试，发现电子转移产生的饱和电流随细菌数量的对数呈线性变化（R2=0.98825），结果印证了该系统兼具抗菌和细菌计数功能的特性。此外，这项研究还系统地分析了生长在钛基底上的纳米金修饰的氧化锌纳米棒与细菌相互作用实现上述双功能的原理：不同于传统的锌离子释放杀菌或光催化产生活性氧杀菌机制，在细菌与材料接触的早期阶段，细菌与材料之间存在的电子转移导致了连续的呼吸链电子消耗，加速了细菌的死亡；另一方面，随着细菌数量的减少，可以进行界面传导的电子数也会降低，从而使细菌电流随细菌数量呈正向变化。

图1. 从大肠杆菌到材料基底的电子传递及电流检测过程示意图。
这一具有检测杀菌双重性能平台的稳定性和可拓展性也得到了进一步证实。研究结果首次揭示了基于电子传递的实时细菌检测可行性，同时也提供了有关氧化锌基抗菌材料早期阶段抗菌行为的信息。并且这个概念的提出与验证有望促进多功能生物材料与高性能小型化生物传感设备的发展。