原创Pan XX 抗菌科技圈
第一作者：Sk Rajab Ali
通讯作者: Mrinomy De
通讯单位：印度科学理工学院
研究速览
近期，印度科学理工学院的Mrinomy De课题组在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了有关Fe掺杂MoS2纳米酶对芥子气模拟剂的抑菌和解毒活性研究的研究工作。各种纳米酶的过氧化物酶样催化活性被广泛应用于各个领域。在该研究中，作者通过共催化途径制备了具有增强MoS2过氧化物酶样活性的Fe掺杂MoS2 (Fe@MoS2)纳米材料。利用芬顿反应，类似过氧化物酶的Fe@MoS2纳米酶促使过氧化氢(H2O2)分解为活性羟基自由基(·OH)。研究了在Fe@MoS2存在下H2O2的高效分解对芥子气模拟剂抑菌解毒活性的影响。在低浓度H2O2作用下，Fe@MoS2和H2O2联合作用对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有显著的抑菌活性。Fe@MoS2进一步应用于化学战剂硫芥模拟剂2-氯乙基乙基硫化物的解毒，选择转化为无毒的亚砜。这项工作展示了一种混合纳米酶的发展及其从有害化学物质到微生物的环境修复。
要点分析
要点一，通过掺杂Fe提高MoS2的过氧化氢酶活性：Fe@MoS2的过氧化物酶样催化活性。掺杂在MoS2晶格平面上的Fe离子在共催化途径中显著提高了过氧化物酶样纳米酶的活性。得到的MoS2和其他许多报道的纳米酶相比，Kcat值非常高(1.6 × 10−2 M s−1 g−1)。
要点二，抗菌性能的体现：利用Fe@MoS2高过氧化物酶样活性对革兰氏阳性耐药病原菌耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和革兰氏阴性菌株大肠杆菌具有高效抗菌活性。在高度稀释的H2O2(~ 17650倍)存在下，Fe@MoS2纳米材料对两种菌株均表现出显著的杀菌活性。Fe@MoS2纳米材料在H2O2存在下对芥菜模拟剂的解毒效果也很好。
图文导读
图1. 合成的Fe@MoS2纳米材料的表征。(a) Fe@MoS2纳米材料的SEM图像显示为簇状的花状结构。(b) Fe@MoS2的TEM图像显示了单个纳米花的大致大小，约220纳米。(c) Fe@MoS2纳米材料的HRTEM图像显示了相邻两层之间的d间距。(d) Fe@MoS2纳米材料的XPS广谱表示总体组成。(e) Mo 3d， (f) S 2p和(g) Fe 2p的XPS谱表明Fe@MoS2异质结构中存在相关元素。(h)原始MoS2和Fe@MoS2纳米材料的XRD图谱表明复合材料中存在MoS2层。(i) MoS2和Fe@MoS2纳米材料的磁化图代表了纳米材料的磁性。
图2. (a) Fe@MoS2过氧化物酶样催化活性的反应方案。(b) Fe@催化活性的紫外可见图
在H2O2 (2.5 mM)和TMB (0.5 mM)存在的醋酸缓冲介质中，MoS2 (6.25 μg/mL)和天然MoS2 (6.25 μg/mL)(100 mM, pH = 4.2) 30分钟。
图3． (a)提出了Fe@MoS2纳米材料过氧化物酶样纳米酶活性的共催化反应途径机制。(b)对Fe@MoS2纳米材料中掺杂的Fe原子的高分辨率XPS光谱表明存在的两种氧化态。(c)羟基自由基(·OH)氧化TA的反应方案。(d)用TA法检测羟自由基(·OH)。在TA (0.5 mM)、H2O2 (5 mM)、Fe@MoS2 (1.25 μg/mL)和其他对照物质存在的乙酸缓冲液(0.1 M, pH = 4.2)培养基中。在激发波长315 nm处记录了荧光发射光谱。
图4. 经过处理后，含有MRSA和大肠杆菌菌株形成的菌落的琼脂平板图像在含H2O2 (0.5 mM, 1.7 × 10−3%)的醋酸缓冲介质(100 mM, pH = 4.2)中，分别以2.5和1.25 μg/mL的浓度培养Fe@MoS2纳米酶1 h。
图5. (a)纳米酶催化氧化CEES的反应方案。(b) CEES转化随时间变化的GC图。(c)在Fe@MoS2 (100 μg)和H2O2存在下，CEES (25 mg, 0.2 mmol)氧化为CEESO的转换图
(0.21 mmol)甲醇(MeOH, 2 mL)室温。(d) 催化氧化产物的氢核磁共振分析。
结论
该论文报道了用Fe@MoS2作为一种高效的过氧化物酶类纳米酶制备Fe掺杂MoS2纳米材料，并应用于硫芥的抗菌活性和解毒。由于铁离子插入到MoS2层中，MoS2的催化活性显著增强。这种显著的增强来自于Fe和MoS2共催化活性的协同效应以及MoS2层的固有特性。类似的方法可以扩展到其他金属离子和纳米材料复合材料，以增强纳米酶的活性。这种增强活性在应用抗菌活性方面的研究较少，从未应用于CWAs的解毒。作者证明，在纳米酶Fe@MoS2的存在下，消毒剂H2O2对耐药菌株MRSA和大肠杆菌在之前报道的最低浓度下表现出非常高的杀菌效果。此外，利用过氧化物酶样纳米酶对硫芥子气进行脱毒还未应用过。作者对模拟芥子气CEES的催化氧化有很好的控制效果，没有任何毒性过氧化。因此，该研究将有助于探索新型过氧化物酶类纳米酶的开发及其在环境修复方面的应用。
全文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c11245
参考文献：Ali, S. R.; De, M., Fe-Doped MoS2 Nanozyme for Antibacterial Activity and Detoxification of Mustard Gas Simulant. ACS Applied Materials & Interfaces 2022, DOI: org/10.1021/acsami.2c11245
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