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【優博青年】卟啉金屬有機骨架(MOFs)納米復合材料的制備及其光動力抗菌活性研究
發布日期:2021-03-03 瀏覽次數: 信息來源:植保學院 字號:[ ]



金屬有機骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由無機金屬離子和含氮或氧的多齒有機配體通過配位作用自組裝形成的具有無限網絡結構的多孔材料。MOFs繼承了無機和有機配體的雙重特性,在多相催化,對映選擇性分離,氣體分離,氣體存儲,化學傳感和藥物輸送中具有廣闊的應用潛力。

光動力抗菌化學療法(photodynamic antimicrobial chemotherapy, PACT是指在有氧條件下通過光照激發光敏劑分子,發生光動力反應產生單線態氧、自由基和自由基離子等,對周圍各種分子、組織、細胞等的氧化損傷,其沒有特異性的靶目標,因而微生物不易產生對PACT的耐藥性,因此該方法受到學者們的廣泛關注。

我們將PACT引入植物病害防治中,制備了兩種卟啉MOFs納米復合材料,研究了卟啉MOFs對不同植物病原微生物的光動力抗菌活性,評價了卟啉MOFs對植物的安全性和遺傳毒性。

一、基于戊唑醇制備的光動力協同抗菌卟啉MOF納米復合材料

在這項工作中,以四(4-羧基苯基)卟啉(H2TCPP)為有機連接物,以金屬離子簇ZrIV)為結點,合成了多孔卟啉MOFPCN-224)納米顆粒。在其孔隙中吸附負載戊唑醇,再將果膠和殼聚糖通過層層組裝封堵顆粒表面,得到戊唑醇納米復合材料(Tebuc@PCN@P@C)。結果表明,所制備的PCN-224對戊唑醇的載藥率約為30%(w / w),Tebuc@PCN@P@C在酸性條件和果膠酶的刺激下釋放戊唑醇。Tebuc@PCN@P@C對植物病原真菌Alternaria alternate和細菌Xanthomonas campestris pv. campestris, Pseudomonas syringae pv. tomato具有光動力協同抗菌活性,對白菜安全。因此,Tebuc@PCN@P@C應用于植物病害防治具有巨大潛力。

二、基于“Ship in a Bottle”模式制備的光動力抗菌卟啉@MOF納米復合材料

在這項工作中,通過一鍋法合成卟啉@MOF,將5,10,15,20-四(1-甲基-4-吡啶基)卟啉四(對甲苯磺酸鹽)(TMPyP)作為光敏劑(PS)嵌入變體MOFHKUST-1)的籠狀結構中,形成PS@MOF。結果表明,PS@MOF可提高單線態氧(1O2)的產率,能廣譜有效滅活植物病微生物。在離體抑菌實驗中,PS@MOF對三種植物病原真菌(Sclerotinia sclerotiorum,Pythium aphanidermatum,Botrytis cinerea和兩種細菌(Pseudomonas syringae pv. lachrymans,Clavibacter michiganense subsp. michiganense具有優異的光動力抗菌活性。在盆栽試驗中,PS@MOF對侵染黃瓜葉片的核盤菌表現出優異的防治效果。洋蔥根尖細胞的染色體畸變試驗證實了PS@MOF沒有遺傳毒性,對黃瓜和白菜安全。因此,具有光動力抗菌活性的卟啉@MOF在農業應用中具有巨大的潛力,有望替代傳統殺菌劑作為高效的新型殺菌劑。

唐靜月:植物檢疫與農業生態健康專業2017級博士研究生;導師:曹永松教授。相關研究先后發表于中科院1區化學工程期刊Chemical Engineering Journal ( IF2019=10.652 )和農業與食品化學期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry ( IF2019=4.192 )上。

原文鏈接:1. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.11.147

2. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.0c06487


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