铜离子功能化还原氧化石墨烯的显著抗菌活性

尽管长期致力于探索抗菌剂或药物，如何增强抗菌活性同时将对环境的毒性危害降至最低仍具挑战。在此，我们通过实验表明，通过铜离子实现功能化的还原氧化石墨烯（rGO）展现出选择性抗菌活性，显著强于 rGO 本身，且对哺乳动物细胞无毒性。值得注意的是，该抗菌活性比其周围铜离子的活性高两个数量级。我们证明 rGO 通过阳离子-${\pi}$ 相互作用被功能化，在溶液中大量吸附铜离子形成 rGO-铜复合物，导致周围铜离子浓度极低（低于约 0.5 ${\mu}M$）。rGO 上的这些铜离子带正电，并与带负电的细菌细胞强烈相互作用，从而选择性实现抗菌活性；而 rGO 展现出如下功能：不仅促成铜离子的快速递送及在细菌细胞上的大量组装，还引起铜离子价态从 Cu$^{2+}$ 向 Cu$^{+}$ 的偏移，极大增强了抗菌活性。值得注意的是，rGO 通过阳离子-${\pi}$ 相互作用与铜离子产生的该功能同样可实现杀藻活性，但对电中性哺乳动物细胞不表现出细胞毒性。源自 rGO 功能的显著选择性抗菌活性，以及固有的广谱抗菌物理机制，代表了向开发一种无环境危害、可用于实际应用的新型抗菌材料与试剂迈出的重要一步。