Initiative ROS generation of Cu-doped ZIF-8 for excellent antibacterial performance

活性氧 抗菌活性 化学 兴奋剂 细胞毒性 氧化应激 氧气 细菌 细菌细胞结构 纳米技术 核化学 组合化学 化学工程 材料科学 生物化学 有机化学 光电子学 工程类 遗传学 体外 生物
作者
Xiaoze Wang,Hui Wang,Jiafan Cheng,Hang Li,Xiaofeng Wu,Donghai Zhang,Donghai Zhang,Xinghua Shi,Ning Han,Ning Han,Yunfa Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:466: 143201-143201 被引量:115
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143201
摘要

Nowadays, it is urgent to develop initiative antibacterial materials with high efficiency and low toxicity to complement or substitute conventional antibiotics and passive antibacterial materials to eliminate the ever-growing bacterial contamination. Here, a series of Cu-doped ZIF-8 materials are successfully prepared and adopted for disinfection against typical bacteria E. coli and S. aureus in the absence of light. The results show that 7 log (99.99999%) efficiency is achieved at a low dosage of 30 mg mL−1 of 1.35 atomic % Cu doped ZIF-8, orders of magnitude higher than those of Vancomycin, MIL-125-NH2, UiO-66-NH2, Cu-BTC analogs. And this concentration is confirmed as low toxicity by the cytotoxicity test. Mechanism investigation shows that reactive oxygen species (ROS) can be generated spontaneously under darkness and low-coordinated copper would contribute to the effective electron transfer for the ROS generation as revealed by the Density Functional Theory calculations. And these ROS would cause oxidative stress and membrane damage to bacterial cells and achieve excellent antibacterial properties. All these results show the potential of Cu-doped ZIF-8 in antibacterial applications, especially in environments without external energy input.
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