金属、石墨烯纳米结构增强抗菌肽的抗菌活性调控与机理研究

That the antimicrobial peptide can avoid the problem of antibiotic assistance effectively has got the researchers’ attention all around the world. Otherwise, another important thing we have to face and deal with is the low efficiency of the antimicrobial peptide. We find something interesting that metal particle can release reactive oxygen species promoting the apoptosis by acting on cell membrane. Graphene oxide can be used as a kind of nanometer carrier because of its advantages of low toxicity, high surface and adjustable surface properties, and can be inserted into the cell membrane to destroy the structure. Based on which, in this project, we imagine embedding the antimicrobial peptide and the metal partical in the surface of Graphene oxide, forming a kind of nanohybrid to improve the antibacterial efficacy. And we try to find the possible coupling point of the antibacterial peptide, metal particle and Graphene oxide in antibacterial mechanism from the aspects of biochemistry and biophysics, promoting the synergetic antibacterial, improving the antibacterial activity of the antibacterial peptide-hybrid. On this basis, we hope to provide a scientific basis for developing a new antibacterial agent with high efficacy, low toxicity and low resistance by taking advantage of the antibacterial collaboration between the Antibacterial activity peptide and the metal particle and the controllability of Graphene oxide.

抗菌肽能有效规避抗生素耐药性问题，正引起国际上的研究关注。但抗菌效率低，这是急需解决的关键科学问题。金属粒子能够与细胞膜作用，释放活性氧，使细胞凋亡；氧化石墨烯毒性低、比表面积高、表面性质可调控是较好的纳米载体，且能够插入细胞膜破坏细胞膜的结构。在本项目中，我们拟基于石墨烯材料的优良特性，将抗菌肽（melittin）和金属粒子修饰在氧化石墨烯表面来提高抗菌肽杂化材料的抗菌效率。从生物化学（抗菌肽、金属粒子的ROS抗菌效应）和生物物理（抗菌肽、金属粒子、氧化石墨烯抗菌的应力效应）两方面来寻找抗菌肽、金属粒子、氧化石墨烯在抗菌机制上的可能耦合点，协同抗菌，增强抗菌肽杂化材料的抗菌活性。在此基础上利用抗菌肽和金属粒子的抗菌协同性，氧化石墨烯材料的可控性，为开发高效、低毒和低耐药性的新型抗菌剂提供科学基础。

抗菌肽能有效规避抗生素耐药性问题，为开发新型抗菌试剂提供可能性。但抗菌肽抗菌效率低，为解决这个问题，基于协同抗菌原理设计了蜂毒肽基复合抗菌材料并研究其抗菌机理。蜂毒肽基复合材料能够降低蜂毒肽的临界作用浓度，提高蜂毒肽在低浓度下的杀菌效率增强蜂毒肽的杀菌效果。为此设计了三种蜂毒肽（melittin）基复合材料，研究其抗菌性能及抗菌机制。其中，melittin@AgNPs@GO复合抗菌材料的抗菌性能不理想。为了成功设计抗菌效率高的复合抗菌材料，需要掌握更多多肽与生物膜界面相互作用的信息。基于目前表征界面相互作用的技术存在一些缺陷，开展了自主研发的光电压瞬态技术，能够原位、实时、无标记地追踪活性分子与生物膜的界面相互作用，揭示了不同多肽浓度、不同时间阶段内多肽与膜的不同作用模式。结合项目负责人现在所在单位的特色，开展了一些紫外光电探测器的设计及光电性能研究工作；用简单的方法构建了三种p-n异质结光电探测器，研究其光电性能及自供电特性。为通过简单的异质结原位结构制造高性能自供电光电探测器提供可能性。