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Nano Res.[碳]│郑州大学刘凯凯:阳离子工程纳米金刚石,抗菌耐磨新战士

本篇文章版权为刘凯凯单崇新团队所有,未经授权禁止转载。

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背景介绍


细菌粘附和表面定植引起的继发感染对公众健康构成了严重威胁,显著增加感染率和医疗成本。通常,细菌通过最初附着、增殖并随后定植在物体表面来形成生物膜。一旦形成生物膜,它们会导致病原体的持续感染和传播,且其难以完全清除。因此,通过构建抗菌表面来防止细菌粘附与传播优于感染后治疗。抗菌表面通过掺杂抗菌纳米颗粒或者表面改性可以实现对细菌的高效杀灭。然而这一技术仍然面临一些挑战,比如耐久性不足、长时间使用会导致脱落和失效的问题。相较之下,纳米金刚石具有金刚石的超硬特性,不仅比金刚石更具成本效益,而且更容易生产。此外,其表面丰富的活性含氧基团增强了纳米金刚石与细菌膜的相互作用,使其具有杀灭细菌的能力。然而,仅依靠含氧基团不足以实现细菌的快速灭活,这限制了纳米金刚石在抗菌方面更广泛的实际应用。


成果简介


郑州大学刘凯凯和单崇新教授团队报道了一种用于高效抗菌耐磨表面的阳离子工程纳米金刚石(C-NDs)。具有正表面电位的C-NDs通过静电相互作用与细菌有效相互作用,其中C-NDs作用于磷脂双分子层,通过氢键和残余表面含氧活性基团导致细菌膜塌陷和破裂。C-NDs在高外部磨损、酸和高温条件下表现出高稳定性,且通过破坏细菌的细胞膜实现了99.99%的杀菌率和80%的生物膜抑制率。此外,通过将C-NDs加入环氧树脂中,展示了一种具有高杀菌率和出色耐磨性的抗菌耐磨表面(C-NDs@Epoxy),其耐磨性相比于纯环氧树脂提高了3981倍,对粘附细菌的杀灭率提高了99%。本研究为高效抗菌耐磨表面提供了有效的策略,在公共卫生环境中显示出巨大的实际应用。

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C-NDs和C-NDs@Epoxy的制备示意图以及相应的抗菌机理。


作者简介


刘凯凯,副教授,博士生导师,郑州大学青年拔尖人才计划入选者。长期致力于碳基纳米发光材料的制备与器件研究,在发光机制探索、光谱调控、以及拓展三重态激子发光应用方面取得了重要科学进展。以第一或通讯作者Nature Communications, Advanced Materials(3)、 Advanced Functional Materials、CCS Chemistry, Advanced Science(2)、Nano Letters(3)、 Light: Science & Applications(2)、Nano Today、 Nano Research(4)等期刊发表论文40余篇,ESI高被引论文5篇,单篇引用超过100次的论文5篇。先后主持国家面上项目、郑州市协同创新重大专项、青年基金、河南省优秀青年基金等。


单崇新,郑州大学副校长、教授、博士生导师,国家杰出青年基金获得者、中国青年科技奖获得者。主要从事金刚石光电材料与器件研究工作,已发表学术论文300余篇,主持国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金重点项目等,团队入选全国专业技术人才先进集体。


文章信息


Li F-K, Zhao W-B, Wang Y, et al. Cationic engineered nanodiamonds for efficient antibacterial surface with strong wear resistance. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6417-8.




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