抗菌氧化石墨烯/铜纳米复合材料的制备

摘要

在此，我们介绍了氧化石墨烯/铜 （GO/Cu） 纳米复合材料作为抗菌纳米材料。评估了 GO/Cu 纳米复合材料对抗生素耐药革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的抗菌效果。

摘要

抗生素是目前最常用的杀死细菌的抗菌疗法。然而，当细菌持续过度暴露于抗生素时，会产生耐药性。开发可以替代现有抗生素的抗菌剂至关重要，因为抗生素耐药细菌对所有当前抗生素都具有耐药机制，并且可以促进院内感染。为了应对这一挑战，在这项研究中，我们提出了氧化石墨烯/铜 （GO/Cu） 纳米复合材料作为可以替代现有抗生素的抗菌材料。通过透射电子显微镜和扫描电子显微镜对 GO/Cu 纳米复合材料进行了表征。他们表明铜 （Cu） 纳米颗粒在氧化石墨烯片上生长良好。此外，微量稀释肉汤法用于确认抗菌物质对耐甲氧西林金 黄色葡萄球菌 （MRSA） 和 铜绿假单胞 菌 （P. aeruginosa） 的疗效，这些物质通常与医院感染有关。具体来说，99.8% 的 MRSA 和 84.7% 的铜 绿假单 胞菌被 500 μg/mL 的 GO/Cu 纳米复合材料消除。金属纳米复合材料可以通过释放离子、形成活性氧和物理破坏细菌来根除抗生素耐药细菌。这项研究证明了抗菌 GO/Cu 纳米复合材料在根除抗生素耐药细菌方面的潜力。

引言

细菌感染对公共卫生有重大影响。尤其是病原菌，可以逃避身体的保护机制并引起疾病¹。抗生素广泛用于治疗细菌感染。然而，抗生素的不当使用促进了抗生素耐药细菌的出现。目前，由抗生素耐药细菌引起的院内感染已在医疗机构中引起明显的并发症²。不幸的是，细菌对所有当前的抗生素都有耐药机制³。因此，开发新的抗生素是必不可少的，尽管也很有可能出现耐药机制。

金属纳米颗粒因其有效的抗菌特性而成为对抗抗生素耐药细菌的有前途的药物 ^4,5,6。细菌很难对金属纳米颗粒产生耐药机制，因为它们不与任何特定的细菌受体结合⁷。特别是，银、铜和锌氧化物纳米颗粒因其卓越的抗菌功效而成为广泛研究的重点 8,9,10,11,12,13。

研究方案

1. GO/Cu 纳米复合材料的制备

注：生长在 GO 纳米片上的 Cu 纳米颗粒的大小和形态由 GO 氧化程度、Cu 前驱体的浓度和还原剂的浓度决定²⁶。

1. 在玻璃瓶中制备 10 mL 1 mg/mL GO 悬浮液。对 GO 悬浮液进行超声处理 1 小时，直到 GO 充分分散在蒸馏 （DI） 水中。
2. 在玻璃瓶中制备 20 mM CuCl₂ 溶液。对 CuCl₂ 溶液进行超声处理，直到 CuCl₂ 充分分散在去离子水中。
3. 向 GO 溶液中加入 10 mL 的 20 mM CuCl₂ 溶液，并在 70 °C 下对混合物进行超声处理 1 小时。
4. 制备 20 mM NaBH₄ 溶液。
   注意： 此程序必须在化学通风橱中进行。一旦将还原剂 NaBH₄ 引入水中，就会发生氧化还原反应。在实验前立即准备 NaBH₄ 溶液。
5. 制备 NaBH₄、GO 和 CuCl₂ 的混合物
   1. 将 20 mL 的 20 mM NaBH₄

讨论

在此，我们报道了一种低成本且简单的制备沉积有 Cu 纳米颗粒的 GO 纳米片的方法，这将是根除抗生素耐药细菌的潜在有效方法。合成 GO/Cu 纳米复合材料的关键步骤是将 GO 和 CuCl₂ 彻底分散在溶液中，并在混合它们的同时保持高温。此外，氧化还原步骤必须快速进行，因为还原剂一旦与水接触就会引起还原反应。通常，Cu 纳米颗粒强烈倾向于自聚集，在生理介质?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Antibiotic-Antimycotic	Gibco	15240062
Clinical MDR bacterial strains	Chung-Ang University Hospital (Seoul, South Korea)
Copper(II) chloride dihydrate	Duksan	10125-13-0
Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM)	Carl Zeiss	SIGMA
Graphene oxide	Sigma	796034
Sodium Borohydride	Sigma	71320
Transmission Electron Microscopy (TEM)	JEOL	JEM-2100
Tryptic Soy Agar	BD difco	236950
Tryptic Soy Broth	BD difco	211825