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东华大学Yi Wang课题组--碳纳米管基光活性COF协同构建多功能抗菌水凝胶
       增强具有光催化性能的共价有机框架(COF)与水凝胶的协同作用,仍然是扩大其生物应用所面临的一项紧迫挑战。在此,将COF均匀涂覆在氧化碳纳米管(OCNT)上并与Fe3+配位以获得管状纳米复合物OCNT@COF-Fe(O@CF)。结果表明,包裹的OCNT和配位的Fe3+增强了O@CF的光动力活性氧(ROS)产生能力,它们分别可以作为分子间电荷转移通道和电子受体/基质(O2和H2O)吸附剂缩小能带隙,增加光吸收,减少光生载流子复合。协同作用下,O@CF 表现出 pH 依赖性过氧化物酶和过氧化氢酶活性,分别进一步增强 ROS 生成并缓解缺氧。同时,O@CF 会导致 COF 涂层相关的光热性能下降。然后,通过COF涂层参与的共价交联,将O@CF均匀地掺入希夫碱水凝胶中,得到导电水凝胶OCNT@COF-Fe@Gel(O@CF@G)。这种O@CF@G不仅可以提高纯凝胶的力学性能,而且继承了O@CF的多功能。因此,它可以很好地粘附在糖尿病伤口上,进行吸收、消除耐药生物膜、杀灭革兰氏阳性和阴性细菌、缓解缺氧和细胞间电信号传导,从而加速伤口愈合。
 
Fig 1.  a) OCNT 的 TEM 图像。 b,c) O@CF 的不同放大 TEM 图像。 (b) 中的插图是 O@C 的 TEM 图像。 d) O@CF 的 STEM 图像和相应的 EDS 元素映射。 e) O@CF的制备示意图。 f) XRD 图谱,g) FTIR 光谱,h) 氮吸附-脱附等温线和孔径分布曲线(插图),i) XPS 测量光谱,j) OCNT、O@C和O@CF 的高分辨率 Fe 2p XPS 光谱。
 
Fig 2. a)相同OCNT浓度的OCNT、O@C和O@CF溶液在808 nm照射(1.5 W cm−2)下不同时间段的光热图​​像。 b) TMB 溶液的紫外可见光谱和相应的照片(插图),用于通过与 H2O2 溶液孵育 20 分钟来探测不同材料的 ROS 生成。 c) TMB 溶液在 652 nm 处的吸光度和 EPR 光谱(插入),用于通过在不同 pH 缓冲液下与 H2O2 溶液一起孵育 20 分钟来探测 O@CF 的·OH 生成。 ·OH自由基被DMPO捕获。 d) 通过在pH 7.4下与H2O2溶液一起孵育不同材料的溶解O2含量曲线。 e) 在不同 pH 缓冲液下与 H2O2 溶液孵育 10 分钟后,O@CF 溶解 O2 含量的变化。 f) TMB 溶液在 652 nm 处的吸光度,用于探测 COF、O@C 或 O@CF 在不同波长单色光照射下 15 分钟的 ROS 生成。 g) TMB 溶液在 652 nm 处的吸光度和照片(插图),用于在不同 pH 值下通过 500 nm 单色光照射 15 分钟来探测不同材料的 ROS 生成。 h) KI-(NH4)MoO4 溶液在 352 nm 处的吸光度,用于在不同 pH 值下通过 500 nm 单色光照射 15 分钟来探测不同材料的 H2O2 生成。 i) KI-(NH4)MoO4 溶液的紫外可见光谱,用于通过 500 nm 单色光在 pH 6.0 下照射 15 分钟来探测不同材料的 H2O2 生成。数据表示为平均值±SD (n = 3)。
 
Fig 3. TMB 溶液的紫外可见光谱,用于通过 500 nm 单色光照射 15 分钟、pH 6.0 探测 O@CF 的 ROS 生成:a) 在不同反应介质存在下,b) 在不同反应气氛下,c) 在不同自由基清除剂的存在。 h+scavenger: EDTA-2Na, escavenger: DMSO, 1O2 scavenger: L-histidine, ·O2 scavenger: CHCl3, ·OH scavenger: isopropanol.。 d) O@CF溶液在pH 6.0下经500 nm单色光照射15分钟得到的EPR光谱。条件:·OH和·O2自旋捕获剂:DMPO; 1O2 自旋捕获器:TEMP。e) UV-vis-NIR DRS 光谱和相应的 Kubelka-Munk 函数图以及不同粉末的计算带隙(插入)。 f) COF、O@C 和 O@CF 粉末的 PL 光谱(Ex = 350 nm)。分别是COF、O@C和O@CF的g)电化学阻抗和h)光电流响应光谱。 i) O@CF 在不同 pH 缓冲液中处理 30 分钟后的接触角。
 
Fig 4. 理论计算。 a–c) 电子局域密度图和 d–f) 能带结构,分别具有 COF、O@C 和 O@CF 的状态密度图。 g)O@CF的导带边缘(CBM)和价带边缘(VBM)的微分电荷密度图。 h,i) O@CF 上的 O2 吸附和 O@CF 上的 H2O 吸附的差分电荷密度图。黄色区域是电荷丰富的区域,蓝色区域是电荷缺乏的区域
 
Fig 5. a)O@CF@G水凝胶形成过程的光学图像。 b)O@CF@G水凝胶网络的SEM图像。橙色圆圈表示 O@CF 纳米管。 c)O@CF@G水凝胶的应变扫描曲线。 d)未切割的O@CF@G水凝胶和自修复后切割的水凝胶的振荡时间扫描曲线。 e) 通过 22 G 针注射的 O@CF@G 水凝胶的照片。 f) Gel 和 O@CF@G 的两个半圆形水凝胶接触 15 分钟的自愈过程照片。 g) O@CF@G分别在弯曲、翘曲、水洗、吹气和拉伸下对猪皮的粘附力照片。 h) Gel和O@CF@G通过重力驱动向下渗透的自适应照片。 i,j) 在血细胞存在下水凝胶形成过程的照片(上排)以及 Gel 和 O@CF@G 之间血液吸收能力的比较。 k)Gel和O@CF@G在808 nm照射下不同时间段(1.5 W cm−2)的光热图像。 l)不同O@CF浓度的O@CF@G水凝胶的电导率。 m,n) TMB 溶液的紫外可见光谱,用于通过 m) 与 H2O2 孵育或 n) 用 500 nm 单色光 (100 mW cm−2) 照射 15 分钟来探测 (pH 6.0) 不同配方的 ROS 生成。 o) 通过与 H2O2 溶液 (pH 6.0) 孵育不同时间段来测量不同配方的溶解 O2 含量。数据表示为平均值±SD (n = 3)。
 
Fig 6. a) 琼脂板图像和 b) 与不同制剂在 37 ℃下孵育 2 小时后大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和 MRSA 的相应抗菌比率。 c) 与不同制剂一起孵育 2 小时的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和 MRSA 的 SEM 图像。箭头显示破裂的膜和流出的细胞质。 d,e) 不同处理下与O@CF@G一起孵育的MRSA细菌和MRSA生物膜(放大倍数=15×)的活死染色CLSM图像(放大倍数=40×),其中“c-”代表对照组没有任何材料(BF:明场,绿色:活,红色:死)。 f) 用不同制剂孵育的 L929 细胞的细胞内 O2 生成测试的 CLSM 图像(蓝色:DAPI,红色:O2 探针 [Ru(dpp)3Cl2])。 g) 不同处理后第3天L929细胞的活力直方图。 h) 不同处理后第1天和第3天L929细胞的活-死染色图像(绿色:活,红色:死)。数据表示为平均值±SD (n = 3)。
 
Fig 7. 通过不同配方对体内 MRSA 感染的糖尿病伤口进行治疗。 a) 伤口照片和 b) 相关伤口区域。 c)革兰氏染色图,d,e)治疗后第6天创面组织Ki67免疫组化染色图及相应的Ki67 IHC分析统计图。 (c) 中标记为金黄色葡萄球菌的黑色窗格和圆圈染成紫色。黑色箭头表示染成深棕色的细胞的高阳性表达。 f) 分别是治疗后第 6 天和第 12 天伤口组织的 H&E 染色图像和 g) Masson 染色图像。 (f)中的黑色箭头表示炎性中性粒细胞,而(g)中的红色箭头、绿色窗格和黑线分别标记胶原沉积、毛囊和皮肤表皮厚度。 h–k) 分别在治疗后第 6 天和第 12 天伤口组织中 h) CD31、i) TNF-
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