Fe3O4@MoS2@SDS纳米复合材料的制备及其应用研究

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随着抗生素及其他抗菌药物在医疗、畜禽产业、农业等中的误用以及过量使用,环境中残留大量抗生素,导致细菌的耐药性不断提高,越来越多的致病菌产生了耐药性(AR),这使得依赖抗生素的传统杀菌方式受到了极大阻碍。耐药性已经成为全球性问题,其威胁着人类与动物的健康,同时也造成食物、生态与环境等方面的安全问题。近年来,纳米科学与技术的应用领域扩展到了新的高度,研究替代抗生素、防止耐药产生、以及消除残留抗生素污染的材料与试剂是当前的研究重点。与传统抗生素不同,光响应纳米材料通过光热治疗(PPT)及光动力治疗(PDT)的方式灭杀致病细菌,因其高效且不易造成耐药基因污染等特点,多功能新型光响应纳米材料在消除耐药菌、降解有机抗生素以及抑制耐药基因污染领域表现出巨大的应用潜力。因此,本论文针对环境中残留抗生素污染、耐药菌及耐药基因污染,从多种应用角度出发,设计并制备了一种具有降解有机抗生素、近红外诱导抗菌和抑制耐药基因污染扩散的多功能纳米材料:(1)利用简单的水热法分别制备了 Fe3O4以及Fe3O4@MoS2,再通过超声手段将十二烷基硫酸钠(SDS)复合在Fe3O4@MoS2上,表征结果表明Fe3O4@MoS2@SDS复合纳米材料属于核壳结构,SDS与MoS2均匀分布在Fe3O4周围。通过SDS的修饰增强了材料的分散性,降低了 Fe304@MoS2@SDS复合纳米材料的带隙值。(2)光催化降解抗生素实验结果表明,Fe3O4@MoS2@SDS复合纳米材料对四环素(Tet)具有高效的可见光光催化降解性能。在pH为6.135、材料终浓度为120 μg/mL的条件下,光照120min后对浓度为25 mg/L的四环素溶液的去除率达到88.83%。(3)研究了 Fe3O4@MoS2@SDS复合纳米材料对抗生素耐药基因传播的抑制作用,实验结果表明Fe3O4@MoS2@SDS复合纳米材料可以有效、广泛地阻断由性质粒介导的耐药基因的接合转移。材料能使广泛宿主质粒(RP4-7)和窄宿主质粒(F33:A-:B-和IncX4)的接合转移频率分别降低了约66倍、8.5倍和56倍,能够有效、广泛地阻断性质粒介导的耐药基因的水平转移(HGT)。(4)光热研究表明,Fe3O4@MoS2@SDS复合纳米材料具有稳定的光热性以及较高的光热转化效率,可作为近红外光(NIR)诱导的光热试剂;通过自由基捕获实验,得出结果表明,材料在NIR照射下,可以观察到大量的超氧自由基、羟基自由基、单线态氧和活细胞活性氧,表明材料具有优异的光动力性能。在光热以及光动力协同作用下,Fe3O4@MoS2@SDS复合纳米材料在红外诱导下对细菌(大肠杆菌(E.coli)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和铜绿假单胞菌(P.aeruginosa))以及生物膜有良好的消杀以及去除作用。
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