摻雜銅離子之二維過渡金屬鈦碳化物以協同效果提升抗菌能力應用於細菌感染性傷口

Abstract

近年來由於抗生素的濫用，導致抗藥性細菌的增加，成為一個對人類健康具潛在威脅的隱憂。本研究以二維過渡金屬鈦碳化物(Ti3C2Tx MXene)與銅離子混合，形成奈米複合材料 (Cu/MXene) 作為新型抗菌劑之應用。Ti3C2Tx MXene為過渡金屬Ti與輕元素C和H所組成的複合原子層二維化合物，易與菌膜表面作用。此外，藉由Ti3C2Tx MXene易與金屬離子鍵結，將銅離子吸附於Ti3C2Tx MXene，可保留銅離子特性，達到協同作用並提升抑菌之功效。此材料抗菌活性對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)皆具有很好的抑菌效果，且與Ti3C2Tx MXene相比，Cu/MXene所產生的過氧化氫量(H2O2)增加約十倍左右，其能夠造成菌膜表面氧化壓力上升，再協同Ti3C2Tx MXene本身以鋒利邊緣與細菌表面作用特性，增加對細菌的物理壓力，進而增強材料的抗菌能力。同時，由於Ti3C2Tx MXene本身具有良好的光熱轉換效率，透過照射808 nm雷射，能使Cu/MXene溫度上升(58 oC)並增加H2O2產生值，進而增加抗菌之功效。體外細胞毒性結果揭示了Cu/MXene的高生物相容性。為了證明其實際應用，在小鼠 (C57BL/6) 中進行了體外 MRSA 感染的傷口癒合研究，證明當Cu/MXene作敷料，可有效清除傷口上細菌並加速膠原纖維形成，使癒合速度更快，並加速膠原纖維形成。我們的結果證實此具有光熱特性及生物相容性之二維型奈米複合抗菌劑，具有商業價值。