【PCN-224(Cu)】Cu掺杂金属有机框架的增强光催化活性与光热效应用于细菌感染伤口的快速治疗

首页 > 行业动态 > 【PCN-224(Cu)】Cu掺杂金属有机框架的增强光催化活性与光热效应用于细菌感染伤口的快速治疗

摘要：
针对细菌耐药性问题，本文将Cu²⁺引入PCN-224的卟啉环中，增强其光催化性能与光热效应。Cu²⁺可捕获电子，抑制电子-空穴复合，660 nm光照下促进载流子转移，提升活性氧产量，且d-d跃迁强化光热效果，但过量掺杂会削弱性能。10% Cu²⁺掺杂MOF（Cu₁₀MOF）凭借ROS与热的协同作用，20分钟内对金黄色葡萄球菌抗菌率达99.71%，体内实验中高效杀菌并加速伤口愈合。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：细菌感染伤口治疗中抗生素滥用导致耐药菌产生，现有MOF类抗菌剂多依赖金属离子释放，存在生物毒性，PCN-224虽生物相容性好但抗菌应用研究少。
2. 本文创新：通过简单水热法将适量Cu²⁺掺杂到PCN-224的卟啉环核心，形成金属卟啉MOF，同步增强光催化与光热性能，实现无抗生素协同抗菌。

实验部分：
1. 材料制备：PCN-224由ZrOCl₂·8H₂O、H₄TCPP与苯甲酸在DMF中120℃反应24 h制得；Cu₅MOF、Cu₁₀MOF等通过不同量CuCl₂·2H₂O与PCN-224在130℃反应10 h合成。
2. 性能测试：进行ROS生成（DPBF、ESR法）、光热性能（660 nm光照，0.4 W/cm²）、体外抗菌（5×10⁷ CFU/mL细菌，500 ppm材料）及细胞毒性实验。
3. 体内实验：构建大鼠金黄色葡萄球菌感染伤口模型，分为对照组、3M敷料组和Cu₁₀MOF光照组，观察14天伤口愈合情况。

分析测试：
1. 结构表征：XRD显示Cu掺杂后仍保持PCN-224晶型，Cu₁₀MOF平均粒径100 nm（TEM），N₂吸附等温线表明结构稳定。
2. 光学与电化学：Cu₁₀MOF在660 nm处吸光度最高，光电流响应最强，阻抗最低；ESR证实其¹O₂产量最高。
3. 光热测试：Cu₁₀MOF光照5分钟达48.4℃，光热转换效率最优，循环稳定性良好。
4. 机理：Cu²⁺捕获光生电子、抑制复合，d-d跃迁增强光热，协同ROS破坏细菌膜。

总结：
1. 主要结果：Cu₁₀MOF对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抗菌率分别达99.71%、97.14%，体内加速伤口愈合且生物相容性良好。
2. 创新突破：Cu掺杂同步提升MOF光催化与光热性能，实现无抗生素协同抗菌。
3. 潜在意义：为细菌感染伤口治疗提供新型无耐药性风险的材料与技术。

Enhanced photocatalytic activity and photothermal effects of cu-doped metal-organic frameworks for rapid treatment of bacteria-infected wounds
文章作者：Donglin Han, Yajing Han, Jun Li, Xiangmei Liu, Kelvin Wai Kwok Yeung, Yufeng Zheng, Zhenduo Cui, Xianjin Yang, Yanqin Liang, Zhaoyang Li, Shengli Zhu, Xubo Yuan, Xiaobo Feng, Cao Yang, Shuilin Wu
DOI：10.1016/j.apcatb.2019.118248
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337319309956

本文为科研用户原创分享用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。