Peroxidase-like active Cu-ZIF-8 with rich copper(I)-nitrogen sites for excellent antibacterial performances toward drug-resistant bacteria

过氧化物酶 细菌 化学 氮气 抗菌活性 活动站点 药品 无机化学 生物化学 有机化学 生物 药理学 遗传学
作者
Xiaoze Wang,Hui Wang,Jingkun Zhang,Ning Han,Wenjun Ma,Donghai Zhang,Ming‐Shui Yao,Xianliang Wang,Yunfa Chen
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:17 (8): 7427-7435 被引量:30
标识
DOI:10.1007/s12274-024-6699-x
摘要

Bacterial pathogens pose a serious threat to human health, and there is an urgent need to develop highly effective antibacterial materials to eliminate the increasingly serious contamination of drug-resistant bacteria. Here, a Cu-doped ZIF-8 particle with unsaturated copper exhibits high peroxidase-like activity. 99.998% antibacterial efficiency against S. aureus can be achieved for 30 min at a low concentration of 50 µg·mL−1, as well as complete sterilization against E. coli (up to 8 log). 99.999% antibacterial efficiency against Methicillin-resistant Staphylococcus aureus can be achieved, performing orders of magnitude higher than Vancomycin. The mechanism shows that the unsaturated Cu-Nx sites are enzyme-like active centers, which could promote the consumption of bacteria reducing substances by H2O2, and the generated *OH further aggravates bacterial oxidative stress and membrane damage. More importantly, the oxidation activity of adsorbed oxygen species on Cu-ZIF-8 is enhanced by charge transfer and structural changes between the ligand and copper center like natural enzymes. Cu-doped ZIF-8 with peroxidase-like activity shows great potential in antibacterial application and the revealed catalytic mechanism is helpful for understanding the high antibacterial activity of nanoparticles with Cu-Nx sites.
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