金属有机骨架及其衍生纳米材料的抗菌机理及应用

一、文章概述

长期使用和过度使用抗生素导致细菌进化为具有抗生素抗性,纳米技术的最新进展提供了克服抗生素独立性障碍的新机会。金属有机框架 (MOF) 已成为生物医学和食品包装领域对抗细菌感染的新工具。本综述全面总结了 MOF 及其衍生纳米材料的主要抗菌机制。详细介绍了 MOF 及其衍生纳米材料作为生物医学和食品包装中的各种抗菌剂的最新进展。同时，提出了 MOF 用于抗菌应用的优缺点。

MOFs 是一类具有高表面积、可调孔隙率和柔性骨架的结晶多孔材料。近年来，MOFs及其衍生的纳米材料，如杂化MOFs、MOFs膜、纳米酶、单原子纳米酶（SAzymes）等因其显着的抗菌活性而受到广泛关注。优越的抗菌性能主要依靠物理接触、金属离子和配体、氧化应激、光热效应和协同效应。在多种形式和抗菌机制中，杂交和修饰的 MOF 显示出增强或靶向控制的抗菌能力，这将在实际应用中更加准确和优选。此外，易于修饰、生物相容性和生物降解性的特点可以促进基于 MOF 的纳米材料的应用。虽然采用MOFs及其衍生纳米材料作为抗菌剂仍处于初级阶段，需要进一步探索，但它在生物医药和食品包装领域提供了新的途径和广阔的前景。

二、图文导读

图1、MOFs和MOF衍生纳米材料的抗菌机制。(A) 带正电荷的 ZIF 纳米匕首阵列对细菌细胞的物理损伤。(B) MOFs 降解过程中释放的金属离子和配体用于灭菌。（C）负责抗菌作用的锌基 MOF 的肼苯甲酸酯接头。(D) Cu-MOFs 用于灭活细菌的活性位点。(E) Porphyrin SURGEL 薄膜结合 aPDT 杀死细菌。(F) 用于协同灭菌的基于 MOF/Ag 的混合纳米材料。

图2、用于抗菌作用的生物 MOF。(A) 用于抗菌和伤口愈合应用的 GS5-CL-Ag@CD MOF 的制备。 (B) 基于可生物降解纤维素的 HKUST-1/OCB 和 ZIF-8/OCB 的制备，用于染料吸附和抗菌应用。

图3、用于抗菌应用的基于 MOF 的膜。(A) 用于抗菌应用的 ZIF-8/PDA/PS 复合膜的合成。 (B) 制备用于抗菌和伤口敷料的 HKUST-CS 薄膜。(C) 合成锆基 MOF/聚（ε-己内酯）混合基质膜 (MMM) 作为有效的抗菌剂。 (D) MOF/Poly (ε-己内酯) 静电纺纳米纤维膜用于抗菌应用。

图4、MOFs 作为不同抗菌剂的载体。(A) 构建具有协同化疗和 PDT 效应的 ZIF-8-PAA-MB@AgNPs@Van-PEG 复合纳米材料用于抗菌应用。(B) pH 响应汽车/Fe3+ MOF 涂层的 MSN 负载抗生素和 β-内酰胺酶抑制剂，以对抗 MRSA。(C) pH/H2O2 响应抗菌系统的合成，HAS 涂层的 MnO2 封装 pMOF 点，并应用它来根除细菌生物膜。 (D) 用基于抗生素的化疗和基于 MOF 的 aPDT 对耐药大肠杆菌进行纸基带酸护理点检测和消除目标细菌的说明。(E) 用于封装 DOX@Fe@ZIF-8 的可生物降解 MOFBOT 的说明。 

图5、MOF 作为纳米酶和 MOF 衍生的单原子纳米酶用于抗菌应用。(A) 用于抗菌应用的二维 MOF/GOx 混合纳米催化剂的图示。(B) ZIF-8 衍生的 Zn-N-C 单原子纳米酶用于伤口抗菌应用。(C) 用于抗菌应用的单原子铁纳米催化剂 (SAF NCs)。

图6、MOFs 在食品包装中的抗菌应用。(A) 与抗菌剂结合的可生物降解包装层的抗菌机制。(B) FeIII-HMOF-5 改性凝胶/chi 薄膜的合成，用于抗菌食品包装应用。

三、全文总结

抗抗生素，从而加剧了威胁。因此，探索新的抗菌策略对于保护人类免受细菌感染具有重要意义且迫在眉睫。纳米技术的发展为克服目前的抗菌障碍提供了一种替代方法。 MOFs 是一种新兴的具有金属离子和有机配体的杂化纳米材料，具有明显的物理化学性质，如高表面积、可调的多孔尺寸和灵活的骨架。MOFs因其高抗菌活性而受到广泛关注。此外，良好的生物相容性和生物降解性使 MOF 成为生物应用的理想材料。MOFs的容易功能化可以产生许多具有优异性能的纳米复合材料，通过协同作用促进抗菌应用。MOFs 和 MOF 衍生纳米材料的主要抗菌机制可分为物理接触、金属离子和配体杀菌、氧化应激、光热效应和协同效应等。大量 MOFs 和 MOF 基材料已被探索作为抗菌生物医学和食品包装中的药剂通过多种形式，例如单独的 MOF、混合 MOF、MOF 膜、将 MOF 作为抗菌剂递送载体、纳米酶和 MOF 衍生的 SAzyme。尽管在用于抗菌应用的基于 MOF 的材料方面已经取得了一些令人印象深刻的进展，但应考虑进一步研究的一些挑战和障碍。

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