摘要：通过将Fe3O4纳米颗粒包埋在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚二烯丙基二甲氯化铵(PDDA)修饰的氧化石墨烯(GO)薄片上，制备了磁性还原氧化石墨烯(MRGO)薄片，用于在高频磁场(HFMF)下捕获和破坏细菌。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位测量、x射线衍射(XRD)、振动样品磁强仪(VSM)和x射线光电子能谱(XPS)等方法对MRGO片材的性能进行了系统评价。TEM观察发现磁性纳米颗粒(8 ~ 10 nm)分散在MRGO片上。VSM测量证实了MRGO片材的超顺磁特性。在HFMF暴露下，MRGO表的温度从25至42℃。此外，作者还研究了MRGO薄片捕获和摧毁细菌(金黄色葡萄球菌)的能力。结果表明，MRGO薄膜可以通过HFMF捕获并杀死细菌，在磁选和抗菌方面具有很大的应用潜力。

  磁性还原氧化石墨烯(MRGO)的合成及对细菌捕获示意图

  图a展示了利用PVP和PDDA直接混合的方法对氧化石墨烯进行表面改性，采用化学共沉淀方法在其表面进行原位的自组装形成Fe3O4纳米颗粒;图b是利用MRGO捕获细菌并在磁场下分离。

  进一步地，利用MRGO在高频磁场下对金黄色葡萄球菌进行捕获并杀灭，结果如下：

  图a显示了采取不同浓度MRGO对金黄色葡萄球菌(105 CFU/mL)捕获后上清溶液中所残留的细菌菌落。结果表明，随着MRGO浓度的增加，上清中含有的金黄色葡萄球菌数量逐渐减少，当MRGO浓度达到2.4 mg/mL时，上清中已不含目标菌。(b)图是与其对应的金黄色葡萄球菌存活数目。

  对其捕获与杀菌机理进行探究;

  图中的扫描电镜图像显示MRGO薄片的形态和细菌(金黄色葡萄球菌)在MRGO表面被捕获。较大的表面体积比为MRGO与细菌细胞壁之间的相互作用提供了捕获细菌的空间，细菌被嵌入到MRGO的表面。另一方面，磁场暴露可以在外加磁场中直接分离MRGO上捕获的细菌。

  另一方面，MRGO中的磁性颗粒能够在高频磁场(HFMF)下产生感应加热，并且HFMF已被广泛用作热疗应用中产生磁场的工具。

  图a为GO和MRGO的感应加热能力结果。GO在暴露到HFMF期间不能加热，温度保持在25℃ (室温)。同时，在HFMF暴露20分钟后，MRGO的温度可升高至~42℃。图b显示与GO相比，HFMF在MRGO中应用后，可以显著减少细菌的菌落数量。图c显示MRGO暴露在HFMF中20min后细菌数量从105降低到102 CFU/mL。这些结果证实了MRGO中的温度升高与磁性纳米颗粒在MRGO中的掺入密切相关(图d)。产生的局部热量会破坏周围的微生物。

  结论

  1、 通过使用PDDA对氧化石墨烯进行表面修饰，并将Fe3O4纳米颗粒共沉淀到石墨烯片上，从而开发出MRGO纳米片，用于捕获和分离微生物;

  2、 MRGO薄膜能有效捕获细菌。当MRGO的浓度达到2.4 mg/mL，可完全捕获细菌(105 CFU/mL);

  3、 通过HFMF的应用，MRGO可产生局部加热的热疗效应，并可杀死细菌;

  4、 这些新型MRGO薄片具有捕获、分离和破坏微生物的潜力。

  参考文献：

  Hardiansyah A, Yang M C, Liao H L, et al. Magnetic graphene-based sheets for bacteria capture and destruction using a high-frequency magnetic field[J]. Nanomaterials, 2020, 10(4): 674.