徐志康：多酚辅助制备过渡金属二硫化物纳米片用于杀灭细菌生物膜的研究

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近年来，过渡金属二硫化物（TMDs）纳米片引起了科研人员巨大的研究热情，并在生物医学领域中显示出了巨大的应用潜力。然而，如何发展一种绿色、高效的方法制备高质量的TMDs纳米片，仍是该领域亟待解决的问题。基于前期对儿茶酚化学的研究，本文提出了一种通用的多酚辅助策略，可以方便地将各种TMDs剥离成单层或少层纳米片。通过优化二硫化钼（MoS2）的剥离条件，剥离后的纳米片的产率和浓度分别高达60.5％和1.21 mg/mL。这是目前最有效的水相剥离方法，并且对于多酚和TMDs纳米材料的选择具有普适性。剥离后的纳米片具有优异的药物负载能力，生物相容性和近红外光热效应。将抗生素负载于制备的单层MoS2纳米片上，利用MoS2优异的光热效应及近红外响应的药物释放能力实现了光热和药物的协同杀菌作用。这些结果为超薄TMDs纳米片的制备提供了一个颇具吸引力的策略，也为解决细菌生物膜的耐药性问题提供了新思路。

目前主要有两种策略合成单层或少层TMDs纳米片。一种是自下而上的方法：通过前驱体的化学气相沉积或者湿化学制备超薄2D纳米材料；另一种是自上而下的方法：将层状TMDs晶体直接剥离成单层或少层纳米片。这些剥离方法主要包括机械剥离、液相剥离和化学/电化学碱金属嵌入和剥离。其中，液相剥离法易于实施和大规模生产，被认为是最具潜力的策略。通常，它需要表面张力与TMDs的表面能(大约40~45 mJ/m2)匹配的特定溶剂，如N-甲基吡咯烷酮(40.8 mJ/m2)和二甲基甲酰胺(36.5 mJ/m2)。然而，这些有机溶剂通常有毒并且难以除去，对其生物医学应用构成了巨大威胁。因此，从应用的角度来看，水相剥离是理想的选择。但是由于不匹配的表面张力，必须添加水溶性表面活性剂，生物大分子和聚合物来降低水溶液的表面张力(72 mJ/m2)，从而稳定剥离后的TMDs纳米片,防止重新堆积和聚集。但是这些剥离方案总是受制于较长的制造时间和单层纳米片的低产率。因此，如何发展一种绿色、高效的水相剥离方法制备高质量的TMDs纳米片仍然是一个巨大的挑战。

近期，来自浙江大学的徐志康、计剑教授、姚克教授等人在ACS Nano上发表了一篇题为“Polyphenol-Assisted Exfoliation of Transition Metal Dichalcogenides into Nanosheets as Photothermal Nanocarriers for Enhanced Antibiofilm Activity” 的文章。本文报道了一种有效的绿色剥离方法，使用多酚作为稳定剂将各种TMDs剥离成高质量的纳米片分散液。经过2小时的剥离，就可以获得高浓度的单层TMDs纳米片分散液，这是迄今为止最快的水相剥离途径。剥离后的单层TMDs纳米片在生物医学应用中起到两个重要作用：1）利用其大表面积作为药物纳米载体，通过非共价吸附(疏水相互作用)负载抗生素青霉素(Pen)；2）利用其优异的NIR光热效应调节抗生素的释放，有效地降低细菌生物膜的耐药性，促进抗生素向生物膜的传递，从而实现杰出的抗菌活性。这项工作不仅点亮了合成超薄2D纳米片分散体的前景，而且进一步拓宽了其生物医学应用。

本文提出了一种简便、绿色且通用的策略，将TMDs剥离为由多酚稳定的单层或少层纳米片。结果表明，单宁酸是更好的水溶性稳定剂，在优化条件下能够获得高产率(~60.5％)的单层MoS2纳米片分散液，这是目前最高效的超声辅助水相剥离的方法。由于具有优异的生物相容性、高稳定性和强的NIR光吸收性，所制备的高质量MoS2纳米片具有优异的性能，可用作载药抗生素Pen的药物纳米载体。此外，MoS2-Pen纳米片通过NIR驱动的光热效应及近红外响应的药物释放性能实现了光热和药物的协同杀菌作用，表现出优异的抗菌膜活性。此外，这项工作为超薄2D纳米片的制备提供了独特的见解，并为研究其潜在特性提供了很好的机会。