耐药细菌的出现给人们健康带来巨大威胁，每年因耐药菌感染造成的损失超过200亿美元，而且导致了20 000多人死亡[1-2]。其中，耐药大肠杆菌（drug?resistant?Escherichia coli，DREC）作为革兰氏阴性菌的代表，可引起尿路感染、腹泻、血液感染等[3]。与之相比，作为典型的革兰氏阳性菌，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin resistant Staphylococcus aureus，MRSA）则常引起局部性炎症感染、皮肤感染、肾小球感染等[4]。

医院工作服等特定场合穿戴的衣物，因其所处环境的高耐药菌浓度，极易对使用者造成卫生和健康风险[5]。因此，基于常见纺织物设计、研发杀灭耐药菌能力的改性织物成为相关产业需要及研究热点[6]。其中，部分改性织物通过表面修饰的金属纳米颗粒杀灭细菌[7]，如YU等[8]在羧甲基壳聚糖改性棉织物上原位合成了银纳米颗粒（Ag nanoparticles，Ag NPs），开发了一种抗菌纺织品，所制成的棉织物对大肠杆菌（Escherichia coli，E.coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S. aureus）都达到95%的杀菌率。与之相比，利用织物表面修饰材料的光热性能杀灭细菌则提供了另外一条思路。近红外光（near infrared，NIR）是医疗上广泛使用的光源，织物表面的纳米材料可以将光能转化成热能，然后杀死细菌，从而解决细菌耐药性问题[9]。Jiang等[10]将Ag NPs负载到织物表面，在 808 nm NIR照射下表现出一定的光热性能，从而杀死表面E. coli和S. aureus。Nie等[11] 在纺织物表面原位生长PCN-224金属有机骨架，在780 nm NIR照射下表现出光热效应，在30 min内可杀死99%以上的E. coli和S. aureus。类沸石咪唑骨架-67（ZIF-67）是金属钴离子与有机配体络合而成的金属有机骨架材料，具有较好的光热性能[12]。但现有研究未基于ZIFs材料设计、制造具备光热抗菌的改性织物。

基于已有研究及市场需要，本研究拟基于两类常见织物，涤纶及棉布，在其表面原位合成ZIF-67?NPs，以求制备出具备优异、稳定性能的改性织物。在NIR光照射下，这两类改性织物将被用于杀灭DREC和MRSA。因此，本研究将为特定场所使用的抗菌面料提供一种思路。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

1.1.1 主要试剂 本研究所用六水合氯化钴（CoCl2·6H2O）、2-甲基咪唑（2-methylimidazole，2-MI）；十二水合磷酸氢二钠（Na2HPO4·12H2O）、磷酸二氢钾（KH2PO4）；氯化钠（NaCl）；氯化钾（KCl）、甲醇、无水乙醇无特殊说明均为分析纯，购自中国国药化学试剂有限公司。MH（B）培养基购自AOBOX；琼脂粉购自赛国生物科技有限公司；胰蛋白胨、酵母粉购自OXOID公司；普通涤纶、普通棉布购自赐祥纺织布料店。

1.1.2 主要仪器 电子分析天平（AR124CN，上海奥豪斯仪器有限公司）；磁力搅拌器（85-IA，上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司）；智能型电热恒温鼓风干燥箱（DHG，上海琅玕实验设备有限公司）；恒温培养箱（DHP-9031，上海一恒科学仪器有限公司）；恒温摇床（THZ-103B，上海一恒科学仪器有限公司）；超净工作台（CJ-JD，苏州净化有限公司）；可见分光光度计（722N，上海仪电分析仪器有限公司）；高压灭菌锅（YXQ-75G，上海博讯实业有限公司医疗设备厂）；场发射扫描电子显微镜（Field emission scanning electron microscope，FE-SEM）（Gemini SEM 300，德国 Zeiss）；X 射线衍射仪（X-ray diffraction，XRD）（D8 ADVANCE，德国 Bruker）；傅里叶变换红外光谱仪（Fourier transform infrared spectrometer，FTIR）（NICOLET6700，美国 Thermo Flash）；近红外激光仪（MDL-III-808，长春新产业光电技术有限公司）；红外热像仪（C2，美国菲利尔公司）。

1.2 方 法

1.2.1 基于ZIF-67 NPs原位合成的改性织物制备 将1.19 g CoCl2·6H2O（5 mmol）溶于25 mL甲醇中，超声分散均匀记为溶液A；将1 cm×1 cm的普通涤纶、普通棉布加入溶液A中，室温搅拌1 h；将4.106 g 2-MI（50 mmol）溶于25 mL甲醇中，超声分散均匀记为溶液B；将溶液B加入溶液A中继续搅拌1 h；取出涤纶、棉布，在60 ℃烘箱中干燥得到改性织物。根据所用织物的不同，将所得产物命名为ZIF-67@Dacron（改性涤纶）、ZIF-67@Cotton（改性棉布）。

1.2.2 ZIF-67@Dacron、ZIF-67@Cotton的表征 本实验使用XRD、FTIR、FE-SEM对普通涤纶、普通棉布、ZIF-67@Dacron、ZIF-67@Cotton进行表征。其中，XRD收取范围为5°~90°；FTIR 收取范围为600~4 000 nm；FE-SEM 样品成像前使用喷铂处理，成像时电压3 kV。

1.2.3 ZIF-67@Dacron、ZIF-67@Cotton的光热效应测试 将1 cm×1 cm普通涤纶、普通棉布、ZIF-67@Dacron、ZIF-67@Cotton分别用NIR（808 nm，1.05 W）光照5 min，光斑面积为0.1 cm2，激光功率密度为10.5 W/cm2。光斑在样品中心部位且光源口与样品垂直距离为20 cm，每隔30 s通过红外热成像仪记录一次温度，每组重复3次。

1.2.4 ZIF-67@Dacron、ZIF-67@Cotton的光热稳定性测试 取ZIF-67@Dacron、ZIF-67@Cotton用NIR（808 nm，1.05 W）光照5 min，然后让其自然冷却到初始温度，再用NIR同法光照5 min，循环5次，每隔30 s通过红外热成像仪记录一次温度。

1.2.5 细菌培养 从冻存管中接种细菌到液体培养基中，在37 ℃、200 r/min的恒温摇床中振荡培养12 h，将培养好的细菌在固体培养基中划线接种，在37 ℃培养箱中继续培养12 h，然后挑取单菌落于液体培养基中培养至对数期，用无菌磷酸盐缓冲溶液稀释备用，并用紫外可见分光光度计测试菌的OD值，其中DREC 的OD600调为1.4，MRSA的OD600调为1.0，此相应菌浓度都为4.00×109菌落形成单位（colony forming unit，CFU）/mL。

1.2.6 ZIF-67@Dacron、ZIF-67@Cotton的光热抗菌性能测试 取普通涤纶、普通棉布、ZIF-67@Dacron、ZIF-67@Cotton，紫外消毒20 min，置于载玻片上，取1 μL的DREC和MRSA菌液（4.00×109 CFU/mL）分别滴加到样品表面。该部分设置6个对照组，2个实验组。对照组为普通涤纶、普通涤纶+NIR、ZIF-67@Dacron，普通棉布、普通棉布+NIR、ZIF-67@Cotton，实验组为ZIF-67@Dacron+NIR、ZIF-67@Cotton+NIR。将处理后的样品转移到无菌的离心管中，加入2 mL无菌 磷酸盐缓冲溶液洗脱样品表面的细菌。将洗脱液梯度稀释后（对照组稀释1 000倍、实验组不稀释）吸取20 μL到固体培养基上涂抹均匀，然后放置到37 ℃的恒温培养箱中培养12 h后清点菌落数，以此计算其存活率。以上实验重复3次。

2 结果与讨论

2.1 ZIF-67@Dacron、ZIF-67@Cotton表征

本研究基于纺织物表面的ZIF-67 NPs的原位合成，获得了两类改性织物。图1（a）是普通涤纶、普通棉布、 ZIF-67@Dacron、 ZIF-67@Cotton实物图，通过图1（a）可知ZIF-67@Dacron和ZIF-67@Cotton 表面因为ZIF-67的生长呈深蓝色。图1（b）是样品的XRD图，织物表面ZIF-67 NPs所有衍射峰均与文献数据计算的ZIF-67标准模拟XRD谱图[13]吻合。如图1（b）所示ZIF-67 NPs在2θ = 7.39°、10.46°、12.79°、14.83°、16.64°、18.15°、22.23°、24.44°、25.36°、26.35°、29.14°、30.44°、31.36°、32.54°处的特征峰分别对应ZIF-67单晶的晶面。这些ZIF-67 NPs特有特征峰在织物表面被检测出来，说明ZIF-67 NPs原位生长到涤纶和棉布表面。图1（c）是样品的FTIR图，与普通涤纶、普通棉布相比，ZIF-67@Dacron和ZIF-67@Cotton在755.63、992.62、1 305.43、1 577.72 cm-1处出现了ZIF-67的特征峰。其中，755.63 cm-1处峰值为Co-N键伸缩振动的吸收峰[14]，992.62 cm-1处峰值为2-MI中咪唑环平面弯曲[15]，1 305.43 cm-1处峰值为C-H键伸缩振动的吸收峰[16]，1 577.72 cm-1处峰值为咪唑环中C=N键的吸收峰[17]。改性织物的FTIR谱图数据与XRD结果指向一致，即纺织物表面原位生成了ZIF-67 NPs。

图2为样品的FE-SEM图。其中图2（a）和图2（c）为普通涤纶和普通棉布的FE-SEM图，由图中可知纤维相互交联在一起，纤维表面无附着物。图2（b）和2（d）为 ZIF-67@Dacron和ZIF-67@Cotton的FE-SEM图，从图中可以看出，纳米颗粒附着在纤维表面，其中 ZIF-67@Dacron表面的纳米颗粒的形状类似于正四面体，ZIF-67@Cotton表面的纳米颗粒的形状类似于菱形十二面体，这些都为ZIF-67的常见形貌，与文献报道一致[18]。

2.2 ZIF-67@Dacron、ZIF-67@Cotton的光热性能探究

为探究所得改性织物的光热性能，本研究先测试了NIR照射下两类改性织物的升温曲线。通过图3（a）可知，ZIF-67@Dacron和ZIF-67@Cotton在NIR照射下有显著的光热效应。普通涤纶和普通棉布在光照 5 min内温度最高达到37 ℃，而ZIF-67@Dacron的最高温度为95 ℃、ZIF-67@Cotton的最高温度为120 ℃，它们在光照30 s内迅速达到最高温度并保持稳定。ZIF-67@Cotton的最高温度优于ZIF-67@Dacron。这是因为棉布表面含有羟基等亲水基团，可以与溶液充分接触，结合更多的ZIF-67 NPs，从而使光热效应更强[19]。

通过图3（b）和图3（c）可知，经过5次升温和降温的循环，ZIF-67@Dacron和ZIF-67@Cotton的最高温度保持稳定，显示了它们具有较好的光热稳定性。

2.3 ZIF-67@Dacron、ZIF-67@Cotton的光热抗菌性能探究

图4（a）和图4（b）是NIR处理对普通涤纶、改性涤纶表面DREC和MRSA细菌的杀灭情况。由图4（a）可知，与普通涤纶组对比，ZIF-67@Dacron+NIR组的DREC活菌数减少了4.27个Log（***p＜0.001），杀灭率达到99.9%以上。

通过图4（b）可知，与普通涤纶组对比，ZIF-67@Dacron+NIR组的MRSA活菌数减少了3.86个Log（***p＜0.001），杀灭率均达到99.9%以上。 以上结果显示ZIF-67@Dacron在NIR照射下能有效杀灭表面耐药菌。

图5（a）和图5（b）是NIR处理对普通棉布、改性棉布表面DREC和MRSA细菌的杀灭情况。由图5（a）可知，与普通棉布组对比，ZIF-67@Cotton+NIR组的DREC活菌数减少了4.45个Log（***p＜0.001），杀灭率达到 99.9% 以上。通过图5（b）可知，与普通棉布组对比，ZIF-67@Cotton+NIR组的活菌数减少了4.20个Log（***p＜0.001），杀灭率达到99.9%以上。而普通棉布+NIR组、ZIF-67@Cotton组对细菌均没有明显的杀灭作用。 这一结果说明ZIF-67@Cotton在NIR照射下能有效杀灭表面耐药菌。

对比改性涤纶和改性棉布对耐药型细菌的杀灭效果，ZIF-67@Dacron经短时间（3 min）NIR 照射后，可有效杀灭99.9%的耐药型革兰氏阳性菌及阴性菌，ZIF-67@Cotton 可以杀灭99.9%的耐药型革兰氏阳性菌及阴性菌。以上结果的原因主要是同样时间的NIR照射，ZIF-67@Cotton表面温度显著高于ZIF-67@Dacron，从而具备更好的杀菌效果。而ZIF-67@Cotton能达到更高表面温度的原因可能是表面生长更多的ZIF-67 NPs[19]。

3 结 论

本研究通过在两类纺织物表面原位合成ZIF-67 NPs，成功制备并表征了具备光热杀菌能力的改性织物。经过30 s的NIR照射，ZIF-67@Dacron可最终达到95 ℃，ZIF-67@Cotton可最终达到120 ℃，并且它们的光热特性在5次升温和降温的循环下保持稳定。基于以上光热特性，3 min NIR照射下的ZIF-67@Dacron可有效杀灭表面 99.9% 的DREC和99.9%的MRSA，而同等情况下的ZIF-67@Cotton可有效杀灭表面99.9%的DREC和MRSA。这两类具备稳定光热特性的改性织物可广泛用于医疗纺织物领域。