Performance Improvement and Antibacterial Mechanism of BiOI/ZnO Nanocomposites as Antibacterial Agent under Visible Light

Jing Kong ,  Jingui Zhang ,  Sufen Zhang ,  Juqun Xi ,  Ming Shen

Citation:  Jing Kong, Jingui Zhang, Sufen Zhang, Juqun Xi, Ming Shen. Performance Improvement and Antibacterial Mechanism of BiOI/ZnO Nanocomposites as Antibacterial Agent under Visible Light[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(12): 221203. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212039 shu

可见光激发的BiOI/ZnO纳米复合抗菌剂制备及其抗菌活性与机制

    通讯作者: 奚菊群, xijq@yzu.edu.cn
    沈明, shenming@yzu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21673201

    扬州市广陵区科技计划产业前瞻性与共性关键技术重点项目 GL202206

摘要: 细菌感染可引发各种严重疾病,在细菌耐药性日益严重的今天开发无机抗菌药物具有重要意义。为提升氧化锌在可见光下的抗菌活性,本文设计出一系列碘氧铋与氧化锌(BiOI/ZnO)的纳米复合材料,通过常压下机械搅拌法成功合成了形状和尺寸较为均一的系列复合纳米结构。紫外-可见漫反射光谱测试结果表明此类材料具有较高的可见光吸收率和更窄的带隙。对这类新复合材料进行的抗菌活性试验表明,在可见光激发下其BiOI/ZnO-10%和BiOI/ZnO-20%样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌活性有明显增强,且光照强度可影响该类材料的抗菌活性。抗菌机制研究结果显示此类材料具有与纳米ZnO抗菌材料相似的机理:通过带正电荷的表面和强活性氧基团(•OH)的产生导致细菌细胞壁破裂和死亡,而纳米碘氧铋的复合所形成的异质结不仅使得强活性氧基团易于产生,而且使BiOI/ZnO纳米复合材料的可见光吸收增强。本研究既提出了纳米ZnO材料利用可见光激发增强抗菌活性的策略,又为纳米ZnO基复合材料的临床应用提供了实验支撑。

English

    1. [1]

      Costerton, J. W.; Stewart, P. S.; Greenberg, E. P. Science 1999, 284 (5418), 1318. doi: 10.1126/science.284.5418.1318

    2. [2]

      Lebeaux, D.; Ghigo, J. -M.; Beloin, C. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2014, 78 (3), 510. doi: 10.1128/mmbr.00013-14

    3. [3]

      Cappelletty, D. Pediatr. Infect. Dis. J. 1998, 17 (8), S55. doi: 10.1097/00006454-199808001-00002

    4. [4]

      Saidin, S.; Jumat, M. A.; Mohd Amin, N. A. A.; Saleh Al-Hammadi, A. S. Mater. Sci. Eng. C 2021, 118, 111382. doi: 10.1016/j.msec.2020.111382

    5. [5]

      Bbosa, G. S.; Mwebaza, N.; Odda, J.; Kyegombe, D. B.; Ntale, M. Health N. Hav. 2014, 6 (5), 410. doi: 10.4236/health.2014.65059

    6. [6]

      Frieri, M.; Kumar, K.; Boutin, A. J. Infect. Public Health 2017, 10 (4), 369. doi: 10.1016/j.jiph.2016.08.007

    7. [7]

      Mohapatra, D. P.; Debata, N. K.; Singh, S. K. J. Glob. Antimicrob. Resist. 2018, 15, 246. doi: 10.1016/j.jgar.2018.08.010

    8. [8]

      Danner, M. C.; Robertson, A.; Behrends, V.; Reiss, J. Sci. Total Environ. 2019, 664, 793. doi: 10.1016/J.SCITOTENV.2019.01.406

    9. [9]

      Horcajada, J. P.; Montero, M.; Oliver, A.; Sorlí, L.; Luque, S.; Gómez-Zorrilla, S.; Benito, N.; Grau, S. Clin. Microbiol. Rev. 2019, 32 (4), e00031. doi: 10.1128/CMR.00031-19

    10. [10]

      Schifano, E.; Cavallini, D.; Bellis, G. de; Bracciale, M. P.; Felici, A. C.; Santarelli, M. L.; Sarto, M. S.; Uccelletti, D. Nanomaterials 2020, 10 (2), 335. doi: 10.3390/nano10020335

    11. [11]

      Qu, Y.; Duan, X. Chem. Soc. Rev. 2013, 42 (7), 2568. doi: 10.1039/C2CS35355E

    12. [12]

      Xu, H.; Zhang, J.; Lv, X.; Niu, T.; Zeng, Y.; Duan, J.; Hou, B. Biofouling 2019, 35 (7), 719. doi: 10.1080/08927014.2019.1653453

    13. [13]

      Liu, B.; Mu, L.; Han, X.; Zhang, J.; Shi, H. J. Photochem. Photobiol. A-Chem. 2019, 380, 111866. doi: 10.1016/J.JPHOTOCHEM.2019.111866

    14. [14]

      Zhang, F.; Wang, X.; Liu, H.; Liu, C.; Wan, Y.; Long, Y.; Cai, Z. Appl. Sci. 2019, 9 (12), 2489. doi: 10.3390/app9122489

    15. [15]

      张宇, 林申, 张钰, 宋溪明. 物理化学学报, 2013, 29 (11), 2399. doi: 10.3866/PKU.WHXB201309061Zhang, Y.; Lin, S.; Zhang, Y.; Song, X. M. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29 (11), 2399. doi: 10.3866/PKU.WHXB201309061

    16. [16]

      Dryden, M. Int. J. Antimicrob. Agents 2018, 51 (3), 299. doi: 10.1016/j.ijantimicag.2017.08.029

    17. [17]

      Zhang, J.; Wang, J.; Xu, H.; Lv, X.; Zeng, Y. X.; Duan, J.; Hou, B. RSC Adv. 2019, 9, 37109. doi: 10.1039/c9ra06810d

    18. [18]

      Kołodziejczak-Radzimska, A.; Jesionowski, T. Materials 2014, 7 (4), 2833. doi: 10.3390/ma7042833

    19. [19]

      Liu, H. L.; Yang, T. C. K. Process Biochem. 2003, 39 (4), 475. doi: 10.1016/S0032-9592(03)00084-0

    20. [20]

      Zhang, L.; Jiang, Y.; Ding, Y.; Povey, M.; York, D. J. Nanopart. Res. 2007, 9 (3), 479. doi: 10.1007/s11051-006-9150-1

    21. [21]

      Basnet, P.; Anderson, E.; Zhao, Y. ACS Appl. Nano Mater. 2019, 2 (4), 2446. doi: 10.1021/acsanm.9b00325

    22. [22]

      Liu, J.; Liu, Y.; Liu, N.; Han, Y.; Zhang, X.; Huang, H.; Lifshitz, Y.; Lee, S. -T.; Zhong, J.; Kang, Z. Science 2015, 347 (6225), 970. doi: 10.1126/science.aaa3145

    23. [23]

      Kong, J.; Zhang, S.; Shen, M.; Zhang, J.; Yoganathan, S. Colloids Surf. A-Physicochem. Eng. Asp. 2022, 643, 128742. doi: 10.1016/J.COLSURFA.2022.128742

    24. [24]

      Yao, Y.; Fan, J.; Shen, M.; Li, W.; Du, B.; Li, X.; Dai, J. J. Colloid Interface Sci. 2019, 546, 70. doi: 10.1016/j.jcis.2019.03.021

    25. [25]

      Yao, Y.; Yuan, J.; Shen, M.; Du, B. Inorg. Chem. Front. 2021, 8 (22), 4903. doi: 10.1039/d1qi00968k

    26. [26]

      Suresh, S.; Karthikeyan, S. J. Iran. Chem. Soc. 2016, 13 (11), 2049. doi: 10.1007/s13738-016-0922-y

    27. [27]

      Yu, Y. -X.; Ouyang, W. -X.; Zhang, W. -D. J. Solid State Electrochem. 2014, 18 (6), 1743. doi: 10.1007/s10008-014-2402-6

    28. [28]

      Dai, G.; Yu, J.; Liu, G. J. Phys. Chem. C 2011, 115 (15), 7339. doi: 10.1021/jp200788n

    29. [29]

      姚玉峰, 袁嘉怡, 沈明, 杜彬, 邢蓉. 无机化学学报, 2022, 38 (2), 261. doi: 10.11862/CJIC.2022.022Yao, Y.; Yuan, J.; Shen, M.; Du, B.; Xing, R. Chin. J. Inorg. Chem. 2022, 38 (2), 261. doi: 10.11862/CJIC.2022.022

    30. [30]

      Yao, Y.; Zhang, Y.; Shen, M.; Li, W.; Xia, W. Colloids Surf. A-Physicochem. Eng. Asp. 2020, 591, 124556. doi: 10.1016/j.colsurfa.2020.124556

    31. [31]

      Domenico, P.; Salo, R. J.; Novick, S. G.; Schoch, P. E.; van Horn, K.; Cunha, B. A. Antimicrob. Agents Chemother. 1997, 41 (8), 1697. doi: 10.1128/AAC.41.8.1697

    32. [32]

      Thomas, F.; Bialek, B.; Hensel, R. J. Clin. Toxicol. 2013, s3, 004. doi: 10.4172/2161-0495.S3-004

    33. [33]

      Meng, X.; Zhang, Z. J. Mol. Catal. A-Chem. 2016, 423, 533. doi: 10.1016/j.molcata.2016.07.030

    34. [34]

      Zhou, H.; Zhong, S.; Shen, M.; Hou, J.; Chen, W. J. Alloys Compd. 2018, 769, 301. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.08.007

    35. [35]

      Wei, X.; Akbar, M. U.; Raza, A.; Li, G. Nanoscale Adv. 2021, 3 (12), 3353. doi: 10.1039/D1NA00223F

    36. [36]

      Zhou, H.; Kalware, K.; Shen, M.; Zhong, S.; Yao, Y. CrystEngComm 2020, 22 (8), 1368. doi: 10.1039/c9ce01960j

    37. [37]

      Huang, W. L. J. Comput. Chem. 2009, 30 (12), 1882. doi: 10.1002/JCC.21191

    38. [38]

      Zhang, M.; Qin, J.; Yu, P.; Zhang, B.; Ma, M.; Zhang, X.; Liu, R. Beilstein J. Nanotechnol. 2018, 9 (1), 789. doi: 10.3762/BJNANO.9.72

    39. [39]

      Khodja, A. A.; Sehili, T.; Pilichowski, J. F.; Boule, P. J. Photochem. Photobiol. A-Chem. 2001, 141 (2–3), 231. doi: 10.1016/S1010-6030(01)00423-3

    40. [40]

      Jamil, T. S.; Mansor, E. S.; Azab El-Liethy, M. J. Environ. Chem. Eng. 2015, 3 (4), 2463. doi: 10.1016/j.jece.2015.09.017

    41. [41]

      Pang, S.; He, Y.; Zhong, R.; Guo, Z.; He, P.; Zhou, C.; Xue, B.; Wen, X.; Li, H. Ceram. Int. 2019, 45 (10), 12663. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.03.076

    42. [42]

      Seredych, M.; Łoś, S.; Giannakoudakis, D. A.; Rodríguez-Castellón, E.; Bandosz, T. J. ChemSusChem 2016, 9 (8), 795. doi: 10.1002/cssc.201501658

    43. [43]

      Mulwa, W. M. Appl. Phys. A 2020, 126 (7), 546. doi: 10.1007/s00339-020-03735-8

    44. [44]

      Intaphong, P.; Phuruangrat, A.; Thongtem, T.; Thongtem, S. J. Aust. Ceram. Soc. 2019, 55, 1021. doi: 10.1007/s41779-019-00314-w

    45. [45]

      Zhou, T.; Zhang, H.; Zhang, X.; Yang, W.; Cao, Y.; Yang, P. J. Phys. Chem. C 2020, 124 (37), 20294. doi: 10.1021/ACS.JPCC.0C06833

    46. [46]

      Al-Keisy, A.; Ren, L.; Xu, X.; Hao, W.; Dou, S. X.; Du, Y. J. Phys. Chem. C 2019, 123 (1), 517. doi: 10.1021/ACS.JPCC.8B09816

    47. [47]

      Huang, N.; Shu, J.; Wang, Z.; Chen, M.; Ren, C.; Zhang, W. J. Alloys Compd. 2015, 648, 919. doi: 10.1016/J.JALLCOM.2015.07.039

    48. [48]

      Wang, Y.; Deng, K.; Zhang, L. J. Phys. Chem. C 2011, 115 (29), 14300. doi: 10.1021/jp2042069

    49. [49]

      Tauc, J. Mater. Res. Bull. 1968, 3 (1), 37. doi: 10.1016/0025-5408(68)90023-8

    50. [50]

      Jiang, J.; Zhang, X.; Sun, P.; Zhang, L. J. Phys. Chem. C 2011, 115 (42), 20555. doi: 10.1021/JP205925Z

    51. [51]

      Sirelkhatim, A.; Mahmud, S.; Seeni, A.; Kaus, N. H. M.; Ann, L. C.; Bakhori, S. K. M.; Hasan, H.; Mohamad, D. Nanomicro. Lett. 2015, 7 (3), 219. doi: 10.1007/s40820-015-0040-x

    52. [52]

      Jiang, Y.; Zhang, L.; Wen, D.; Ding, Y. Mater. Sci. Eng. C 2016, 69, 1361. doi: 10.1016/j.msec.2016.08.044

    53. [53]

      Bayer, M. E.; Sloyer, J. L. J. Gen. Microbiol. 1990, 136, 867. doi: 10.1099/00221287-136-5-867

    54. [54]

      Abebe, B.; Zereffa, E. A.; Tadesse, A.; Murthy, H. C. A. Nanoscale Res. Lett. 2020, 15, 190. doi: 10.1186/s11671-020-03418-6

    55. [55]

      Zhang, Y. -M.; Rock, C. O. Nat. Rev. Microbiol. 2008, 6 (3), 222. doi: 10.1038/nrmicro1839

    56. [56]

      Koe, W. S.; Lee, J. W.; Chong, W. C.; Pang, Y. L.; Sim, L. C. Environ. Sci. Pollut. Res. 2020, 27, 2522. doi: 10.1007/s11356-019-07193-5

    57. [57]

      He, W.; Kim, H. K.; Wamer, W. G.; Melka, D.; Callahan, J. H.; Yin, J. J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (2), 750. doi: 10.1021/ja410800y

    58. [58]

      Liu, J.; Zou, S.; Lou, B.; Chen, C.; Xiao, L.; Fan, J. Inorg. Chem. 2019, 58 (13), 8525. doi: 10.1021/acs.inorgchem.9b00834

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  9
  • 文章访问数:  4183
  • HTML全文浏览量:  221
文章相关
  • 发布日期:  2023-12-15
  • 收稿日期:  2022-12-23
  • 接受日期:  2023-02-08
  • 修回日期:  2023-02-06
  • 网络出版日期:  2023-02-17
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章