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我室在常温空气催化灭菌方面取得进展

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时间:2022-07-19  来源:文本大小:【 |  | 】  【打印

  细菌、病毒等病原体生物,能够附着在大气悬浮颗粒物上,随呼吸进入人体,引发传染性疾病。传统的紫外线、臭氧、等离子体和化学抗生素剂等灭菌技术,能耗高且存在二次污染,限制了在实际中的应用。常温催化灭菌,常温下在催化剂表面原位活化氧气,短时间内产生高浓度活性氧(如超氧自由基·O2–、羟基自由基·OH和单线态氧1O2等),从而打破病原体微生物细胞内活性氧的稳态平衡,降解DNA等生物大分子,达到杀灭细菌的目的,是一种安全、高效且经济的新兴抗菌技术。然而,在无额外能量(如光、声、热)或双氧水等引入下,多数催化剂的活性氧生成水平低,导致抗菌性能较差。

  近日,我室黄宇研究员团队联合西安交通大学等单位,通过惰性氦气高温热处理典型铁基金属有机框架材料MIL-101(Fe)研发了高效灭菌的MIL-101(Fe) 纳米颗粒材料(图1)。X射线光电子能谱和电子顺磁共振谱显示,处理前MIL-101(Fe)FeIII位点被配体和水分子完全配位,抑制了位点对氧气的吸附与活化,故抗菌性能差。通过热处理调控不饱和金属Fe位点(FeII/FeIII)后,反应活性位点增加,更多氧气在FeII/FeIII位点上活化生成·O2–·OH,这些自由基攻击细胞壁,进一步生成碳中心自由基,破坏细胞壁,产生胞内过量氧化应激,最终DNA链断裂导致细菌死亡。热处理180分钟后,MIL-101(Fe)材料的FeII/FeIII增至8.9%,在2小时内对大肠杆菌的灭活率可达到99.99%

  更重要的是,热处理后的MIL-101(Fe),安全低毒,适用于空气催化灭菌净化。

  该成果近期发表于国际知名期刊Applied Catalysis B: Environmental,黄宇研究员为通讯作者。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金等项目的联合资助。

  Peng, S.; Li, R.; Rao, Y.; Huang, Y.; Zhao, Y.; Xiong, M.; Cao, J.; Lee, S., Tuning the unsaturated iron sites in MIL-101(Fe) nanoparticles for reactive oxygen species-mediated bacterial inactivation in the dark. Applied Catalysis B: Environmental, 2022, 316, 121693.

  原文链接:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121693

   

  1  热处理后的MIL-101(Fe)纳米颗粒常温催化抗菌机理图

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