基于抗菌活性的Zn-Co@BTC MOF对芽孢杆菌细胞具有高效性

为什么新的杀菌材料很重要

食物中毒和医院感染是日常威胁，而病原体对常见抗生素的耐药性使问题更加严重。本研究探讨了一类新型的人造多孔固体，由金属和有机构件构成，能显著减缓甚至完全抑制一种令人头痛的食源性细菌——蜡样芽孢杆菌的生长。这项工作指向未来可用于涂层、过滤器或医疗材料的方向，能够在不依赖传统药物的情况下悄然杀灭细菌。

构建用于对抗细菌的微小海绵

研究人员制备了一种称为金属–有机框架（MOF）的材料，使用锌和钴原子通过小型碳基分子连接在一起。其产物是一种刚性、海绵状的固体，具有巨大的内部表面积和众多微小孔隙。他们选择了简单的水相配方和中等加热条件，因此该工艺在经济上相对实惠且环境友好。最终产物称为Zn–Co@BTC，在强力显微镜下观察呈现由相互交错的棒状和片状颗粒组成的粉末，带有粉红色外观。

测试强度、稳定性与结构

在将该固体用于抗菌之前，团队必须确认其构筑良好。他们使用了一系列工具——光吸收测量、红外和拉曼振动、X射线衍射以及比表面积测试——以确认框架正确形成且两种金属均匀掺入结构中。这些测量表明该材料高度多孔，具有许多开放通道便于接触，并在约500°C左右保持稳定。表面化学探针证实锌和钴位于预期的化学环境中，与有机连接体紧密结合，但仍能够与周围环境相互作用。

将新材料与病菌对抗

随后科学家用蜡样芽孢杆菌对该材料进行了挑战，这种细菌因污染食物而引起呕吐和腹泻。他们在营养肉汤和固体培养基上培养微生物，并加入不同剂量的Zn–Co@BTC粉末。通过跟踪液体浑浊度和培养基上形成的菌落数量，可以测量细菌生长情况。在低剂量下，生长开始减慢；在较高剂量下，几乎停止。在600毫克材料每升液体时，细菌生长减少了99.9%。在800毫克每升及以上时，生长完全被抑制，表明该材料不仅减缓了微生物的生长，而且实际上将其杀死。

材料如何损伤细菌

团队提出该材料通过多重协同方式攻击细菌。首先，病菌粘附到粗糙且高表面积的表面，使其与固体保持近距离接触。到达表面后，少量的锌和钴离子从框架中渗出并进入或附着到细胞上，扰乱许多酶所需的金属离子平衡。与此同时，表面化学有助于产生活性氧物种——高能态的氧，会在细胞膜上打孔并损伤蛋白质与DNA。随着细胞膜受损，细胞内容物泄漏，关键酶被阻断，细菌迅速丧失生存和繁殖能力。

这对日常生活可能意味着什么

总体而言，研究表明经过精心设计的锌钴基多孔固体可以作为一种强效、多途径的蜡样芽孢杆菌杀灭剂，在足够高的剂量下能够完全清除细菌。尽管其他相关材料可能在更低浓度下也有效，Zn–Co@BTC将强大的杀菌能力与良好的稳定性以及相对简单的水相制备相结合。未来，这类材料可以被整合到食品加工表面、水过滤器或医疗设备中，以被动控制有害微生物，为传统抗生素之外提供额外的保护层。

引用: Abdelnasser, E., El-Naggar, A.A., Lotfy, L.A. et al. High efficiency of antibacterial activity-based Zn-Co@BTC MOF against Bacillus bacterial cells. Sci Rep 16, 9731 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42070-5

关键词: 抗菌材料, 金属有机框架, 蜡样芽孢杆菌, 锌钴金属有机框架, 抗生素耐药性