Photoactive MOF-Derived Bimetallic Silver and Cobalt Nanocomposite with Enhanced Antibacterial Activity

材料科学 纳米复合材料 双金属片 光热治疗 抗菌活性 纳米颗粒 水溶液中的金属离子 纳米技术 金属 化学工程 细菌 冶金 工程类 生物 遗传学
作者
Doyun Kim,Kun Woo Park,Jung Tae Park,Inhee Choi
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (19): 22903-22914 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.3c01529
摘要

Conventional antibiotic-based treatment of bacterial infections remains one of the most difficult challenges in medicine because of the threat of multidrug resistance caused by indiscriminate abuse. To solve these problems, it is essential to develop an effective antibacterial agent that can be used at a small dose while minimizing the occurrence of multiple resistance. Metal-organic frameworks (MOFs), which are hyper-porous hybrid materials containing metal ions linked by organic ligands, have recently attracted attention because of their strong antibacterial activity through metal-ion release, unlike conventional antibiotics. In this study, we developed a photoactive MOF-derived cobalt-silver bimetallic nanocomposite (Ag@CoMOF) by simply depositing silver nanoparticles on a cobalt-based MOF through nanoscale galvanic replacement. The nanocomposite structure continuously releases antibacterial metal ions (i.e., Ag and Co ions) in the aqueous phase and exhibits a strong photothermal conversion effect of Ag nanoparticles, accompanied by a rapid temperature increase of 25-80 °C under near-infrared (NIR) irradiation. Using this MOF-based bimetallic nanocomposite, superior antibacterial activities were achieved by 22.1-fold for Escherichia coli and 18.3-fold for Bacillus subtilis enhanced inhibition of bacterial growth in a liquid culture environment compared with the generally used chemical antibiotics. In addition, we confirmed the synergistic enhancement of the antibacterial ability of the bimetallic nanocomposite induced by NIR-triggered photothermal heating and bacterial membrane disruption even when using a small amount of the nanocomposites. We envision that this novel antibacterial agent using MOF-based nanostructures will replace traditional antibiotics to circumvent multidrug resistance and present a new approach to antibiotic development.
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