劉智峰,房 迅,郭少波,湯 波,季曉暉

(1. 陜西理工大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001；2.陜西省催化基礎(chǔ)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 漢中 723001；3. 秦巴生物資源與生態(tài)環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 漢中 723001)

0 引 言

貴金屬金(Au)、銀(Ag)納米顆粒具有豐富的表面等離子共振、強(qiáng)消光系數(shù)、高生物相容性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥、生物影像、醫(yī)用材料、催化等領(lǐng)域[1-3]。納米Au、Ag顆粒吸收近紅外光譜后表面電子產(chǎn)生共振而具備局域熱效應(yīng)，且局域電子躍遷，易與介質(zhì)溶液結(jié)合生成強(qiáng)氧化物或超氧化物(ROS)而具備殺菌活性，Au、Ag抑菌性能也與釋放的Au+、Ag+粒子有關(guān)[4-6]，細(xì)菌粒子通道中的銅離子通道蛋白可主動(dòng)運(yùn)輸Au+和Ag+(Cu+作為細(xì)菌的微量元素，且Au+和Ag+的d電子軌道與其相似)，Au+、Ag+粒子進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，和氨基酸中的-SH配位生成螯合物，不可逆的破壞功能蛋白的空間結(jié)構(gòu)或改變新陳代謝所需的液質(zhì)環(huán)境致使細(xì)菌死亡；其次，微量的Au、Ag進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部與細(xì)胞質(zhì)反應(yīng)生成活性氧簇(ROS)，活性氧簇可直接作用細(xì)胞器對(duì)細(xì)菌造成根本性破壞且不產(chǎn)生耐藥性[7-9]。但由于納米Au顆粒第一電離能較高，在介質(zhì)中釋放的Au+較少，因此抑菌活性較低，而Ag的抑菌性能與比表面積有關(guān)，比表面積越大抑菌性能越強(qiáng)，但比表面積越大表面能越高，Ag越易團(tuán)聚而降低其抑菌活性，且納米Ag在空氣中易氧化等缺點(diǎn)限制Au、Ag的應(yīng)用。為充分利用Au、Ag的相關(guān)性能，目前解決方案之一[10-11]是利用納米Au的可塑性把Ag負(fù)載在其表面合成核殼型Au@Ag復(fù)合材料，其結(jié)果表明，核殼型Au@Ag吸收近紅外譜后，Au核表面的電子發(fā)生共振，Ag接受電子在其表面形成負(fù)環(huán)境可增強(qiáng)Ag的穩(wěn)定性，Au@Ag吸收可見光后局域熱效應(yīng)誘導(dǎo)周圍環(huán)境溫度升高，此作用可為癌細(xì)胞的滅活和增強(qiáng)對(duì)細(xì)菌的抑制提供新思路，且核殼型Au@Ag可增大Ag的比表面積，防止Ag團(tuán)聚。

Au、Ag顆粒的催化加氫性能與自身電子結(jié)構(gòu)相關(guān)，其表面的電子具有缺陷位，容易與氧原子形成共價(jià)鍵、利于形成“活性中間體”或“過渡中間態(tài)”而具備催化性能，但催化活性與電子d軌道的排布有關(guān)，Pd為重要的催化劑其d軌道具有9電子，易于吸附和脫附氫原子而具有較強(qiáng)的催化性能，但其價(jià)格昂貴，成本較高不利于大規(guī)模應(yīng)用[12]。有學(xué)者報(bào)道[13]，將Pd與Au、Ag貴金屬復(fù)合成合金，可有效降低其電子密度，提高對(duì)氫原子的吸附和脫附性能而增益其催化活性。理論上將Ag、Au復(fù)合不僅可提高其催化性能，且利用其吸收近紅外光譜提高局域溫度增強(qiáng)其抑菌性能，而對(duì)此類雙重性能的研究未曾報(bào)道。為此，本研究以Au為核，在其表面負(fù)載Ag合成核殼型納米Au@Ag復(fù)合材料，以甲基橙為模型污染物研究其催化加氫活性，用革蘭氏陰性菌大腸桿菌(E.coli)和革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌(S.aureus)為模型菌研究材料的光動(dòng)力抑菌性能，并探討其抑菌機(jī)制。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑和儀器

一縮二乙二醇、硫氫化鈉(NaHS)、三氟醋酸銀(CF3COOAg)、鹽酸(HCl)等均為市售分析純購自于天津市大茂化學(xué)試劑廠；聚乙烯吡咯烷酮 K30(PVP)、丙酮、檸檬酸鈉、抗壞血酸和甲基橙購自于天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；AgNO3、NaOH和NaBH4購自于廣州市鑫鉑化工有限公司；HAuCl4購自上海吉至生化科技有限公司；酵母浸粉、胰蛋白胨和瓊脂購自上海展云化工有限公司。E.coli和S.aureus均由陜西省食用菌研究所提供。

FEI Tecnai G2 F20型透射電子顯微鏡(TEM，荷蘭FEI公司)；紫外-可見漫反射吸收光譜(Cray 100)；YXQ-50G干燥型立式蒸汽高壓消毒鍋(浙江，中友公司)；ZGZ-150A型智能光照培養(yǎng)箱(上海丙林電子科技有限公司)； C80混合反應(yīng)微量熱儀(法國塞塔拉姆(Setaram)公司)；奧林巴斯倒置顯微鏡CKX41。

1.2 納米Ag顆粒的制備：

取100 mL的一縮二乙二醇加入到250 mL燒瓶中150 ℃加熱30 min，再加入1.2 mL 3 mmoL NaHS，攪拌10 min，繼續(xù)滴入10 mL 3 mmoL HCl與25 mL 20 mg/mL 的PVP(以上溶劑均為一縮二乙二醇)，加熱至150 ℃攪拌10 min，最后滴加8 mL 282 mmoL CF3COOAg 150 ℃反應(yīng)30 min得到納米Ag溶膠，冰水浴中冷卻終止反應(yīng)[14]，用丙酮在離心機(jī)15000 r/min下洗滌3次，0.5%檸檬酸鈉洗滌2次，真空干燥箱中烘干備用。

1.3 納米Au@Ag的制備：

1.3.1 納米Au顆粒的制備:

將2 mL 25 mmoL/L的HAuCl4滴加在100 mL超純水中煮沸20 min，其次加入10 mL 75 mmol/L的檸檬酸鈉，100 ℃反應(yīng)25 min得到納米Au溶膠[15]，在2 ℃冰箱中冷藏2 h備用。

1.3.2 納米Au@Ag顆粒的制備:

取上述納米Au溶膠50 mL，分別加入300 μL的抗壞血酸(0.1 moL/L)，75 μL的AgNO3和375 μL的NaOH反應(yīng)30 min，在離心機(jī)12 000 r/min下蒸餾水洗滌3次，0.5%檸檬酸鈉洗滌2次烘干備用。

1.4 納米Au@Ag顆粒的催化實(shí)驗(yàn)：

因?yàn)榧谆仍谧贤饪梢姽馓幱刑卣魑辗澹椅辗宓膹?qiáng)弱和濃度呈正比，因此，本實(shí)驗(yàn)以甲基橙為目標(biāo)污染物，用NaBH4還原甲基橙監(jiān)測(cè)納米Au@Ag顆粒的催化活性。取甲基橙濃度0.25 mmol/L的溶液1 mL和2 mL 0.02 mol/L NaBH4加入比色皿中，最后加入0.5 mg/mL催化劑0.2 mL，在波長范圍為200 nm～800 nm 下，間隔2 min監(jiān)測(cè)465 nm處吸光度的變化[16]，按照以下公式計(jì)算降解率R。

式中：R為降解率；C0為初始濃度；C為殘留濃度。

1.5 納米Au@Ag顆粒的抑菌實(shí)驗(yàn)：

1.5.1 濾紙片擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)

將生物材料放置于120 ℃高壓滅菌鍋20 min作殺菌處理，用無菌的納米Au、Ag和Au@Ag顆粒分散在滅過菌的超純水中，制備成濃度為100，200，300和400 μg/mL的梯度的溶液。將隔夜活化好的細(xì)菌用無菌超純水稀釋成5×107CFU (colony-forming units)/mL，取20 μL均勻涂在滅過菌的固體LB培養(yǎng)基上，取8 μL沾有不同材料的抑菌液放置在接過菌的LB培養(yǎng)基上分別在在黑暗和光照下培養(yǎng)12 h平行做6組觀察結(jié)果[17]

1.5.2 菌落計(jì)數(shù)法實(shí)驗(yàn)

將納米材料加入到5×105CFU/mL菌懸液中，最終Au@Ag質(zhì)量濃度為300 μg/mL，分別在300 W的日光燈在照射5 、10、20和40 min，8 000 r/min 離心取上層液10 μL均勻涂在滅過菌的固體LB培養(yǎng)基上，平行做6組，正常培養(yǎng)12 h后觀察結(jié)果[18]，抑菌效率(n)為

式中：n代表抑菌效率，B0為參照中菌落個(gè)數(shù)，B是含有不同材料的抑菌結(jié)果菌落數(shù)。

1.5.3 細(xì)菌生長曲線監(jiān)測(cè)法實(shí)驗(yàn)

將材料和接過菌的液體LB培養(yǎng)基混合配成5 mL溶液， 最終細(xì)菌濃度為5×107CFU，材料濃度為300 μg/mL，日光燈下照射10 min后加入微量熱分析儀中，37 ℃下監(jiān)測(cè)細(xì)菌的生長和熱量釋放強(qiáng)度。

1.5.4 細(xì)菌PI染色法實(shí)驗(yàn)

將上述混合液在日光燈下照射10 min，加入50 μg/mL的碘化丙啶(PI) 50 μL黑暗環(huán)境下混合15 min，在13 000 r/min的離心機(jī)下，用磷酸緩沖液洗滌3次，在熒光倒置顯微鏡下觀察細(xì)菌的損傷情況[19]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合材料TEM表征

納米Au@Ag復(fù)合材料的形貌測(cè)試結(jié)果如圖1所示。由圖1(a，b)可知，制備的納米Au@Ag復(fù)合材料為單分散核殼球型結(jié)構(gòu)，內(nèi)球Au的粒徑為(10±5)nm，外球Ag厚度為(5±3)nm，而圖1(c，d)納米Ag粒子為單分散顆粒狀，粒徑為(15±3)nm，粒徑分布較均勻，形貌不規(guī)則，其主要原因是納米Ag顆粒在空氣中不穩(wěn)定(E(Ag+/Ag)=0.80 V)，導(dǎo)致其形貌不規(guī)則，相比納米Ag粒子，納米Au@Ag理論上更加穩(wěn)定，其原因是納米Ag的標(biāo)準(zhǔn)還原電勢(shì)小于Au，納米Au與Ag復(fù)合，Ag電子流向Au而增強(qiáng)Au的穩(wěn)定性，且在近紅外光照射下，納米Au中的電子躍遷至納米Ag表面，致使納米Ag表面形成負(fù)環(huán)境而降低復(fù)合材料的電子云密度[20]，因此制備的納米Au@Ag材料更加穩(wěn)定。為進(jìn)一步證明其合成材料為核殼結(jié)構(gòu)，對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了EDX能譜分析和EDX面掃描元素分布(mapping)表征。圖2為制備的Au@Ag復(fù)合材料對(duì)應(yīng)mapping圖譜.由圖2可知，材料含有Au、Ag兩種元素，其中Ag元素為殼，為內(nèi)空球型結(jié)構(gòu)，元素Au為球核，證明合成的Au@Ag為核殼球型結(jié)構(gòu)，這與TEM的結(jié)果一致。

圖2 Ag@Ag樣品的元素的面分布圖像Fig 2 EDX spectrum images of Ag@Ag samples

2.2 復(fù)合材料UV-Vis表征

圖3為樣品的UV-Vis吸收光譜，圖中制備的納米Au和Ag在525 和400 nm處有明顯吸收峰，分別對(duì)應(yīng)單質(zhì)Au和Ag的特征吸收峰[21]，而納米Au@Ag在525和400 nm處均出現(xiàn)吸收峰，證明制備的材料中同時(shí)具有單質(zhì)Au和Ag。圖中未出現(xiàn)其他雜峰，證明合成的材料純度較高，結(jié)合TEM結(jié)果證明制備的Au@Ag均以單質(zhì)形態(tài)存在。

圖3 樣品Au，Ag和Au@Ag的紫外-可見吸收光譜Fig 3 UV-Vis absorption spectra of Au, Ag and Au@Ag samples

2.3 復(fù)合材料催化活性

圖4為Au、Ag和Au@Ag對(duì)甲基橙的催化加氫降解測(cè)試結(jié)果。圖4a中甲基橙的峰面積(或吸光度)隨著催化時(shí)間的增加而降低，此為Au對(duì)甲基橙的降解過程，在20 min內(nèi)催化降解率(以初始濃度為參比)為41.25%，圖4b為納米Ag的催化降解過程，在20 min內(nèi)降解率為45.12%，而圖4c中納米Au@Ag在8 min內(nèi)對(duì)甲基橙的降解率為99.58%。通過對(duì)比可知，納米Au@Ag的催化活性明顯強(qiáng)于單獨(dú)的納米Au、Ag，其主要原因是單獨(dú)使用納米Au、Ag時(shí)在介質(zhì)中易團(tuán)聚而降低了其催化性能，以納米Au為核，把Ag負(fù)載在其表面可明顯提高其催化活性，增加其穩(wěn)定性。此外，在249 nm處出現(xiàn)的新峰面積隨甲基橙的峰面積降低而增加，此為材料對(duì)甲基橙的降解產(chǎn)物對(duì)氨基苯磺酸鈉，為驗(yàn)證其產(chǎn)物，用商品對(duì)氨基苯磺酸鈉進(jìn)行紫外可見分析，其結(jié)果圖4d和降解產(chǎn)物一致。其可能的催化機(jī)制為[22,16]：Au與Ag的d電子軌道為半充滿狀態(tài)，d軌道可接受NaBH4中的H-粒子形成過渡態(tài)產(chǎn)物Au-H或Ag-H，過渡態(tài)產(chǎn)物可與甲基橙中的N=N加成形成-NH2釋放出納米Au或Ag，而具備催化加氫活性(其機(jī)理為圖5所示)，但Au與Ag的催化活性和比表面積成正比，比表面越大，活性位點(diǎn)越多，電子轉(zhuǎn)移速率越快催化活性越強(qiáng)，但單獨(dú)的納米Au、Ag在介質(zhì)中易團(tuán)聚從而降低了其催化活性，以Au為核，將Ag負(fù)載在其表面合成納米Au@Ag復(fù)合材料不僅可解決團(tuán)聚問題，納米Au@Ag復(fù)合后d軌道電子重合，電子云密度降低，而提高其穩(wěn)定性，且增加對(duì)H-的吸附與脫附能力而具備較強(qiáng)的催化活性。

圖4 相同質(zhì)量(0.1 mg)的 Au (a), Ag (b)和Au@Ag (c)對(duì)甲基橙催化降解過程吸光度的變化，標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)氨基苯磺酸鈉的吸收光譜(d).Fig 4 Absorbance change during the catalytic with the same mass (0.1 mg) degradation of methyl orange using Au (a), Ag (b) and Au@Ag (c), and absorption spectra of standard sodium sulfanilate (d)

圖5 甲基橙直接烷化的機(jī)制Fig 5 A mechanism path for the direct alkylation of methyl orang

2.4 復(fù)合材料光抑菌活性

2.4.1 濾紙片擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖6為納米Au、Ag和Au@Ag對(duì)E.coli和S.aureus的濾紙片擴(kuò)散抑菌結(jié)果。A、B和C分別為納米Au、Ag和Au@Ag，a1-a4代表材料濃度為100、200、300和400 μg/mL在黑暗條件下對(duì)細(xì)菌的抑制結(jié)果，圖6(b1-b4)為300 W(日光燈)下同濃度的光抑菌結(jié)果，由圖6(a1-a4)可知，黑暗環(huán)境下納米Au周圍未出現(xiàn)透明的抑菌圈，證明納米Au在400 μg/mL濃度以下幾乎沒有抑菌性能，納米Ag和Au@Ag周圍出現(xiàn)明顯的抑菌圈，且納米Au@Ag隨著濃度增大抑菌圈逐漸增大，說明抑菌活性和濃度呈正比，具體的抑菌圈直徑統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示，且材料在300 μg/mL處對(duì)兩種菌的抑菌效率較高。圖6(b1-b4)是在日光燈下不同材料對(duì)細(xì)菌的抑制結(jié)果，圖中Au在光照下均沒有抑菌性，對(duì)比黑暗環(huán)境下，而納米Ag和Au@Ag在光照條件下的抑菌圈更大，證明光照下納米Ag和Au@Ag的抑菌活性更強(qiáng)，同條件下對(duì)比納米Ag和Au@Ag的抑菌圈，納米Au@Ag的較大，說明納米Au@Ag的抑菌活性更強(qiáng)。同條件同濃度下對(duì)比E.coli和S.aureus的抑菌性能，Ag和Au@Ag對(duì)E.coli的抑菌活性更強(qiáng)，說明對(duì)E.coli更為敏感。通過濾紙片擴(kuò)散結(jié)果可知，納米Ag和Au@Ag的抑菌活性和濃度呈正比，且在300 μg/mL處抑菌效率更高，光照條件下抑菌活性比黑暗條件下更高，對(duì)E.coli的抑菌效果更強(qiáng)，對(duì)比兩種材料，納米Au@Ag抑菌性能更強(qiáng)，證明把納米Ag負(fù)載在Au表面可明顯提高其抑菌活性。

表1 Au@Ag在不同濃度不同條件下對(duì)E. coli 和 S. aureus的抑菌圈直徑測(cè)試結(jié)果Table 1 Detailed zone diameters of the inhibition test results for the Au@Ag composites with different concentrations of different conditions against E. coli and S. aureus

圖6 不同濃度的不同條件下 Au(A)、 Ag(B)、 Au@Ag(C)對(duì)大腸桿菌(a, b)和金黃色葡糖球菌(c, d)的濾紙片擴(kuò)散照片，a1, b1: 100 μg/mL, a2, b2: 200 μg/mL, a3, b3: 300 μg/mL, a4, b4: 400 μg/mL, c:黑暗培養(yǎng), d: 光照培養(yǎng)Fig 6 Inhibition zones of the as-synthesized Au(A), Ag(B) and Au@Ag(C) composites with different concentrations of different conditions against E. coli (a, b) and S. aureus (c, d), a1, b1: 100 μg/mL; a2, b2: 200 μg/mL; a3, b3: 300 μg/mL; a4, b4: 400 μg/mL;a, c:culture in darkness; b, d: culture under light

2.4.2 菌落計(jì)數(shù)法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖7為在300 W的日光燈下，納米Au@Ag在300 μg/mL濃度下的時(shí)間抑菌結(jié)果。圖7(a)為材料對(duì)E.coli的抑菌結(jié)果，圖7(b)為S.aureus，O為參照，A、B、C和D分別為混合材料的細(xì)菌溶液在光照5 min、10 min、20 min和40 min后取10 μL上清液加入固體LB培養(yǎng)基中，37 ℃培養(yǎng)12 h的抑菌結(jié)果，由圖可知，E.coli中的O、A、B、C和D的菌落數(shù)分別為1 100、300、50、5、0個(gè)，而S.aureus中菌落分別為1 180、500、100、10、0個(gè)，通過對(duì)比可知，濃度為300 μg/mL時(shí)，納米Au@Ag對(duì)E.coli和S.aureus40 min內(nèi)的抑菌率為為100%，而10 min內(nèi)納米Au@Ag對(duì)E.coli的抑菌率較高，且這與濾紙片擴(kuò)散結(jié)論剛好一致。

圖7 Au@Ag對(duì)大腸桿菌(a)和金黃色葡萄球菌(b)的不同光照時(shí)間抑菌菌落計(jì)數(shù)法分析Fig 7 Analysis of bacteriostatic colony counting method in different illumination time with Au@Ag against E. coli (a) and S. aureus (b)

2.4.3 細(xì)菌生長曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖8為納米Au@Ag在光照10 min，材料濃度為300 μg/mL的微量熱分析結(jié)果。由圖8(a，b)可知，對(duì)照中E.coli和S.aureus的4個(gè)生長階段遲緩期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰退期中，從遲緩期到對(duì)數(shù)期的時(shí)間是5.6與6.0 min，熱釋放強(qiáng)度為4.4 和4.0 mW，且對(duì)數(shù)期和穩(wěn)定期間距(生長階段)時(shí)間較短，混合納米Au@Ag后對(duì)E.coli和S.aureus的遲緩期變?yōu)?0 和58 min，相比對(duì)照的對(duì)數(shù)期和穩(wěn)定期間距時(shí)間為85 與65 min。通過對(duì)比穩(wěn)定期的熱流強(qiáng)度，混合材料組熱流均降低，且E.coli更為明顯，證明有部分細(xì)菌死亡。從圖中可以證明材料可有效抑制細(xì)菌適應(yīng)能力，相比對(duì)照，延緩期變長與穩(wěn)定期熱流強(qiáng)度降低是因?yàn)樵诠庹者^程中，溶液中存有部分ROS可有效殺死細(xì)菌，且納米Au@Ag在溶液中釋放的Ag+可使抑制細(xì)菌生長而使細(xì)菌生長階段時(shí)間變長，且使穩(wěn)定期呼吸放熱量降低。

圖8 Au@Ag對(duì)大腸桿菌(a)和金黃色葡萄球菌(b)的微量熱分析Fig 8 Microcaloric analysis of Au @ Ag on E.coli (a) and S.aureus (b)

2.4.4 PI染色分析結(jié)果

圖9為納米Au@Ag在光照10 min，濃度為300 μg/mL下對(duì)E.coli和S.aureus的活死菌PI染色分析結(jié)果。紅色斑點(diǎn)為死菌。圖9(a、b)分別為參照和混合材料后的E.coli形貌結(jié)果，9(c、d)為參照與材料對(duì)S.aureus形貌的影響結(jié)果。由圖可知，參照中E.coli和S.aureus的中有少量的紅色斑點(diǎn)，且分別為條狀和環(huán)狀，材料對(duì)E.coli和S.aureus的染色結(jié)果中出現(xiàn)大量的條狀和環(huán)狀斑點(diǎn)，條狀斑點(diǎn)呈現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象，環(huán)狀斑點(diǎn)的外圓環(huán)部分不完整，證明桿狀的E.coli的細(xì)胞壁被納米Au@Ag材料破壞的較為徹底，細(xì)胞壁破損導(dǎo)致細(xì)菌形貌發(fā)生改變，PI染色劑進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部和質(zhì)粒中的DNA作用而出現(xiàn)無規(guī)則紅色斑點(diǎn)形狀，而S.aureus為球狀，材料破壞細(xì)胞壁后，PI染色劑進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部和擬核、質(zhì)粒中DNA染色而出現(xiàn)環(huán)狀斑點(diǎn)，而環(huán)狀斑點(diǎn)較為完整，證明材料對(duì)S.aureus的細(xì)胞壁損傷程度一般。通過對(duì)比可知，材料對(duì)E.coli抑制能力較強(qiáng)，這與以上抑菌結(jié)果一致。其可能的抑菌機(jī)理為[23-25]：在日光等的照射下，納米Au@Ag表面電子發(fā)生局域等離子共振，部分電子逸出界面，與水介質(zhì)結(jié)合生成ROS且釋放Ag+，E.coli和S.aureus細(xì)胞壁中都含有帶負(fù)電荷的脂多糖和磷壁酸(圖10所示)，可將Ag+吸附在其表面，Ag+由于與Cu+結(jié)構(gòu)相似，可通過Cu粒子通道進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部破壞粒子通道、超氧化物歧化酶(SOD)、功能蛋白，協(xié)同ROS對(duì)細(xì)菌細(xì)胞器造成不可逆損傷而使細(xì)菌死亡。而納米Au@Ag對(duì)大腸桿菌更為敏感，主要原因是E.coli細(xì)胞壁中含有大量的脂多糖蛋白和少量的磷脂雙分子層，而S.aureus中含有更多的磷脂雙分子層，材料很難滲透或破壞磷脂雙分子層，但更易和蛋白質(zhì)中的含-SH和NH2結(jié)合改變蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)而使細(xì)菌死亡。

圖9 Au@Ag對(duì)大腸桿菌(b)和金黃色葡萄球菌(d)的PI染色分析Fig 9 PI staining analysis of Au@Ag on E. coli (b) and S. aureus (d)

圖10 Au@Ag對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌機(jī)理Fig 10 Antibacterial mechanism of Au@Ag to E. coli and S. aureus bacteria

3 結(jié) 論

(1)以納米Au為核，在其表面負(fù)載Ag合成核殼型納米Au@Ag復(fù)合材料，通過TEM、EDX、UV-Vis對(duì)材料的形貌和元素進(jìn)行分析，結(jié)果表明納米Au@Ag為單分散核殼型結(jié)構(gòu)，且分別以單質(zhì)的形式存在，這不僅可解決Ag團(tuán)聚問題，且有效提高其穩(wěn)定性。

(2)因納米Au@Ag具有豐富的表面等離子體，在300 W的日光燈的輻射下表面電子逃逸，與介質(zhì)溶液結(jié)合生成ROS而具備協(xié)同抑菌性能，且雙金屬復(fù)合可有效降低電子密度，提高對(duì)質(zhì)子的吸附和脫附能力而具備較強(qiáng)的催化加氫活性，在研究對(duì)甲基橙的催化加氫活性中證明，材料在10 min內(nèi)對(duì)甲基橙的降解率為99%以上，對(duì)E.coli和S.aureus的抑菌研究中證明，材料在光照下抑菌活性更強(qiáng)，在濃度為300 μg/mL，光照10 min的抑菌效率更高，其主要原因是生成的ROS和Ag+可對(duì)細(xì)菌的生長階段造成嚴(yán)重的損傷，且對(duì)E.coli的細(xì)胞壁破壞更為嚴(yán)重。

(3)納米Au@Ag具有優(yōu)越的催化加氫和抑菌活性可應(yīng)用于污水處理和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。