金屬有機骨架及其衍生納米材料的抗菌機理及應用
一、文章概述
長期使用和過度使用抗生素導致細菌進化為具有抗生素抗性,納米技術的最新進展提供了克服抗生素獨立性障礙的新機會。金屬有機框架 (MOF) 已成為生物醫學和食品包裝領域對抗細菌感染的新工具。本綜述全面總結了 MOF 及其衍生納米材料的主要抗菌機制。詳細介紹了 MOF 及其衍生納米材料作為生物醫學和食品包裝中的各種抗菌劑的最新進展。同時，提出了 MOF 用于抗菌應用的優缺點。
MOFs 是一類具有高表面積、可調孔隙率和柔性骨架的結晶多孔材料。近年來，MOFs及其衍生的納米材料，如雜化MOFs、MOFs膜、納米酶、單原子納米酶（SAzymes）等因其顯著的抗菌活性而受到廣泛關注。優越的抗菌性能主要依靠物理接觸、金屬離子和配體、氧化應激、光熱效應和協同效應。在多種形式和抗菌機制中，雜交和修飾的 MOF 顯示出增強或靶向控制的抗菌能力，這將在實際應用中更加準確和優選。此外，易于修飾、生物相容性和生物降解性的特點可以促進基于 MOF 的納米材料的應用。雖然采用MOFs及其衍生納米材料作為抗菌劑仍處于初級階段，需要進一步探索，但它在生物醫藥和食品包裝領域提供了新的途徑和廣闊的前景。
二、圖文導讀
圖1、MOFs和MOF衍生納米材料的抗菌機制。(A) 帶正電荷的 ZIF 納米匕首陣列對細菌細胞的物理損傷。(B) MOFs 降解過程中釋放的金屬離子和配體用于滅菌。（C）負責抗菌作用的鋅基 MOF 的肼苯甲酸酯接頭。(D) Cu-MOFs 用于滅活細菌的活性位點。(E) Porphyrin SURGEL 薄膜結合 aPDT 殺死細菌。(F) 用于協同滅菌的基于 MOF/Ag 的混合納米材料。
圖2、用于抗菌作用的生物 MOF。(A) 用于抗菌和傷口愈合應用的 GS5-CL-Ag@CD MOF 的制備。 (B) 基于可生物降解纖維素的 HKUST-1/OCB 和 ZIF-8/OCB 的制備，用于染料吸附和抗菌應用。
圖3、用于抗菌應用的基于 MOF 的膜。(A) 用于抗菌應用的 ZIF-8/PDA/PS 復合膜的合成。 (B) 制備用于抗菌和傷口敷料的 HKUST-CS 薄膜。(C) 合成鋯基 MOF/聚（ε-己內酯）混合基質膜 (MMM) 作為有效的抗菌劑。 (D) MOF/Poly (ε-己內酯) 靜電紡納米纖維膜用于抗菌應用。
圖4、MOFs 作為不同抗菌劑的載體。(A) 構建具有協同化療和 PDT 效應的 ZIF-8-PAA-MB@AgNPs@Van-PEG 復合納米材料用于抗菌應用。(B) pH 響應汽車/Fe3+ MOF 涂層的 MSN 負載抗生素和 β-內酰胺酶抑制劑，以對抗 MRSA。(C) pH/H2O2 響應抗菌系統的合成，HAS 涂層的 MnO2 封裝 pMOF 點，并應用它來根除細菌生物膜。 (D) 用基于抗生素的化療和基于 MOF 的 aPDT 對耐藥大腸桿菌進行紙基帶酸護理點檢測和消除目標細菌的說明。(E) 用于封裝 DOX@Fe@ZIF-8 的可生物降解 MOFBOT 的說明。
圖5、MOF 作為納米酶和 MOF 衍生的單原子納米酶用于抗菌應用。(A) 用于抗菌應用的二維 MOF/GOx 混合納米催化劑的圖示。(B) ZIF-8 衍生的 Zn-N-C 單原子納米酶用于傷口抗菌應用。(C) 用于抗菌應用的單原子鐵納米催化劑 (SAF NCs)。
圖6、MOFs 在食品包裝中的抗菌應用。(A) 與抗菌劑結合的可生物降解包裝層的抗菌機制。(B) FeIII-HMOF-5 改性凝膠/chi 薄膜的合成，用于抗菌食品包裝應用。
三、全文總結
抗抗生素，從而加劇了威脅。因此，探索新的抗菌策略對于保護人類免受細菌感染具有重要意義且迫在眉睫。納米技術的發展為克服目前的抗菌障礙提供了一種替代方法。 MOFs 是一種新興的具有金屬離子和有機配體的雜化納米材料，具有明顯的物理化學性質，如高表面積、可調的多孔尺寸和靈活的骨架。MOFs因其高抗菌活性而受到廣泛關注。此外，良好的生物相容性和生物降解性使 MOF 成為生物應用的理想材料。MOFs的容易功能化可以產生許多具有優異性能的納米復合材料，通過協同作用促進抗菌應用。MOFs 和 MOF 衍生納米材料的主要抗菌機制可分為物理接觸、金屬離子和配體殺菌、氧化應激、光熱效應和協同效應等。大量 MOFs 和 MOF 基材料已被探索作為抗菌生物醫學和食品包裝中的藥劑通過多種形式，例如單獨的 MOF、混合 MOF、MOF 膜、將 MOF 作為抗菌劑遞送載體、納米酶和 MOF 衍生的 SAzyme。盡管在用于抗菌應用的基于 MOF 的材料方面已經取得了一些令人印象深刻的進展，但應考慮進一步研究的一些挑戰和障礙。
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