Design， Synthesis and Photocatalytic Antibacterial Mechanism of Ag-AgVO3/BiVO4 Composite as a High-efficient and Broad-spectral Antibacterial Agent

doi:10.7503/cjcu20220132

Abstract

Abstract:

A leaf-like Ag-AgVO₃/BiVO₄ photocatalyst with broad-spectrum disinfection activity under visible light irradiation was prepared. Detailed characterizations confirmed the formation of the composites and good optical properties. Using 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine(TMB） oxidation as a model， the Ag-AgVO₃/BiVO₄ nanocomposites exhibited good oxidase-like activity which can convert O₂ into reactive oxygen species and oxidize TMB to ox-TMB in blue color. Furthermore， the nanocomposites demonstrated excellent antibacterial activity against Staphylococcus aureus and Escherichia coli， over 99% of both bacteria were killed in 4 min under visible light irradiation. More importantly， the antibacterial mechanism was systematically studied by a variety of experimental methods. Scavenger experiments of different reactive species proved that the photoinduced electrons generated at the oxidation site of Ag-AgVO₃/BiVO₄ play a key role as oxidative species. Results of fluorescent-based cell live/dead tests， SEM technology， and intracellular macromolecular substances and proteins assays confirmed that generated reactive oxygen species（ROS） could kill the bacteria by destroying the integrity of cell membrane and disrupting the cell metabolism. In addition， Ag-AgVO₃/BiVO₄ has a good antibacterial effect on nine pathogenic bacteria including Gram-positive bacteria， Gram-negative bacteria and fungi， indicating its broad-spectrum antibacterial property.

Key words: Ag-AgVO₃/BiVO₄, Harmful bacteria, Photocatalytic disinfection, Reactive oxygen species, Cell membrane

CLC Number:

O614

TrendMD:

SHAO Wenhui, HU Xin, SHANG Jing, LIN Feng, JIN Liming, QUAN Chunshan, ZHANG Yanmei, LI Jun. Design， Synthesis and Photocatalytic Antibacterial Mechanism of Ag-AgVO₃/BiVO₄ Composite as a High-efficient and Broad-spectral Antibacterial Agent[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(10): 20220132.

Figures/Tables 11

References 66

1	Ibrahim U. H.， Devnarain N.， Govender T.， Int. J. Pharm.， 2021， 596， 120267
2	Xu M. J.， Li L.， Hu Q. L.， Biomater. Sci.， 2021， 9（6）， 1995—2008
3	Cano A.， Ettcheto M.， Espina M.， Lopez⁃Machado A.， Cajal Y.， Rabanal F.， Sanchez⁃Lopez E.， Camins A.， Garcia M. L.， Souto E. B.， J. Nanobiotechnol.， 2020， 18（1）， 156
4	Smerkova K.， Dolezelikova K.， Bozdechova L.， Heger Z.， Zurek L.， Adam V.， Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol.， 2020， 12（5）， e1636
5	Xie W.J.， Zhang S.， Pan F. W.， Chen S.， Zhong L. N.， Wang J.， Pei X. B.， J. Mater. Res.， 2021， 36（4）， 822—845
6	Byrne J. A.， Dunlop P. S. M.， Hamilton J. W. J.， Fernandez⁃Ibanez P.， Polo⁃Lopez I.， Sharma P. K.， Vennard A. S. M.， Molecules， 2015， 20（4）， 5574—5615
7	Dalrymple O. K.， Stefanakos E.， Trotz M. A.， Goswami D. Y.， Appl. Catal.， B， 2010， 98（1/2）， 27—38
8	Daub N. A.， Aziz F.， Aziz M.， Jaafar J.， Salleh W. N. W.， Yusof N.， Ismail A. F.， Water Air Soil Pollut.， 2020， 231（9）， 461
9	Gamage J.， Zhang Z. S.， Int. J. Photoenergy， 2010， 2010（2010）， 1—11
10	Murugesan P.， Moses J. A.， Anandharamakrishnan C.， J. Mater. Sci.， 2019， 54（19）， 12206—12235
11	Wang W. J.， Huang G. C.， Yu J. C.， Wong P. K.， J. Environ. Sci.， 2015， 34（008）， 232—247
12	Yu H. T.， Chen S.， Quan X.， Zhang Z. H.， Progress in Chemistry， 2017， 29（9）， 1030—1041
13	Zhang C.， Li Y.， Shuai D. M.， Shen Y.， Wang D. W.， Chem. Eng. J.， 2019， 355， 399—415
14	Kumar R.， Raizada P.， Verma N.， Hosseini⁃Bandegharaei A.， Thakur V. K.， Le Q. V.， Nguyen V. H.， Selvasembian R.， Singh P.， J. Cleaner Prod.， 2021， 297， 126617
15	Nayak R.， Ali F. A.， Mishra D. K.， Nanda B.， Mater. Res. Bull.， 2021， 144， 111510
16	Shan L. W.， Lu C. H.， Dong L. M.， Suriyaprakash J.， J. Alloys Compd.， 2019， 804， 385—391
17	Wang P.， Zheng J. Y.， Zhang D.， Kang Y. S.， New J. Chem.， 2015， 39（12）， 9918—9925
18	Li D.， Liu Y.， Shi W. W.， Shao C. Y.， Wang S. Y.， Ding C. M.， Liu T. F.， Fan F. T.， Shi J. Y.， Li C.， ACS Energy Lett.， 2019， 4（4）， 825—831
19	Li R. G.， Han H. X.， Zhang F. X.， Wang D. G.， Li C.， Energy Environ. Sci.， 2014， 7（4）， 1369—1376
20	Li R. G.， Zhang F. X.， Wang D. G.， Yang J. X.， Li M. R.， Zhu J.， Zhou X.， Han H. X.， Li C.， Nat. Commun.， 2013， 4（2）， 1432
21	Liu T. F.， Zhao Q. Y.， Li C.， Lyu Y.， Dupuis M.， J. Phys. Chem. C， 2019， 123（33）， 20142—20151
22	Qi Y.， Zhang J. W.， Kong Y.， Zhao Y.， Chen S. S.， Li D.， Liu W.， Chen Y. F.， Xie T. F.， Cui J. Y.， Nat. Commun.， 2022， 13（1）， 484
23	Yuan B.， Chong R. F.， Zhang B.， Li J.， Liu Y.， Li C.， Chem. Commun.， 2014， 50（98）， 15593—15596
24	He Z. Q.， Shi Y. Q.， Gao C.， Wen L. N.， Chen J. M.， Song S.， J. Phys. Chem. C， 2014， 118（1）， 389—398
25	Meng S. P.， Ogawa T.， Okumura H.， Ishihara K. N.， Catalysts， 2020， 10（11）， 1294
26	Mohamed N. A.， Safaei J.， Ismail A. F.， Khalid M. N.， Jailani M. F. A. M. ，Noh M. F. M.， Arzaee N. A.， Zhou D.， Sagu J. S.， Teridi M. A. M.， Mater. Res. Bull.， 2020， 125， 110779
27	Wu X. B.， Zhou H. L.， Gu S. N.， Wang F. Z.， Liu J.， Li W. J.， RSC Adv.， 2015， 5（112）， 92769—92777
28	Xu X. L.， Song W.， Mater. Technol.， 2017， 32（8）， 472—479
29	Li Y.， Liao D.， Li T. Y.， Zhong W.， Wang X. F.， Hong X. F.， Yu H. G.， J. Colloid Interface Sci.， 2020， 570， 232—241
30	Guo J. Y.， Liang J.， Yuan X. Z.， Jiang L. B， Zeng G. M， Yu H. B.， Zhang J.， Chem. Eng. J.， 2018， 352， 782—802
31	Holtz R. D.， Lima B. A.， Souza A. G.， Brocchi M.， Alves O. L.， Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med.， 2012， 8（6）， 935—940
32	Klockner W.， Vidal C. P.， de Dicastillo C. L.， Yadav R. M.， Singh D. P.， Mater. Lett.， 2020， 278， 128403
33	Liu B. K.， Mu L. L.， Han X. L.， Zhang J. T.， Shi H. Z.， J. Photochem. Photobiol.， 2019， 380， 111866
34	Wang Q. Q.， Zhou X. Q.， Ji S. T.， Li S. Y.， Gu J. Z.， Shen L. X.， Liu P.， Yin J. H.， Xu G.， Shi W. Y.， J. Environ. Chem. Eng.， 2021， 9（6）， 106498
35	Ju P.， Wang Y.， Sun Y.， Zhang D.， J. Colloid Interface Sci.， 2020， 579， 431—447
36	Qin C.， Lei S. Y.， Tang X. L.， Zhong J. B.， Li J. Z.， He J. J.， Inorg. Chem. Commun.， 2020， 116， 107904
37	Wang R.， Cao L.， J. Alloys Compd.， 2017， 722， 445—451
38	Xiang Z. B.， Wang Y.， Yang Z. Q.， Zhang D.， J. Alloys Compd.， 2019， 776， 266—275
39	Yang Y. M.， Liu Y. Y.， Huang B. B.， Zhang R.， Dai Y.， Qin X. Y.， Zhang X. Y.， RSC Adv.， 2014， 4（39）， 20058—20061
40	Bakhtiarnia S.， Sheibani S.， Aubry E.， Sun H.， Briois P.， Yazdi M. A. P.， Appl. Surf. Sci.， 2022， 58， 152253
41	Zhao W.， Feng Y.， Huang H. B.， Zhou P. C.， Li J.， Zhang L.L.， Dai B. L.， Xu J. M.， Zhu F. X.， Sheng N.， Appl. Catal.， B， 2019， 245， 448—458
42	Cao G. X.， Wu X. M.， Dong Y. M.， Li Z.J.， Wang G.L.， Molecules， 2016， 21（7）， 902
43	Wang S.， Wang M. K.， Liu Y.C.， Meng X. Y.， Ye Y.， Song X. W.， Liang Z. Q.， Sens. Actuators， B， 2021， 326， 128808
44	Zhang Y. M.， Song J.， Shao W. H.， Li J.， Microporous Mesoporous Mater.， 2021， 310， 110642
45	Zhang J.， Wang J.， Zhu Q. J.， Zhang B. B.， Xu H. H.， Duan J. Z.， Hou B. R.， Nanomaterials， 2020， 10（8）， 1541
46	Wu Y. Y.， Zhou Y. Z.， Xu H.， Liu Q. G.， Li Y.， Zhang L. L.， Liu H. G.， Tu Z. G.， Cheng X. N.， Yang J.， ACS Sustainable Chem. Eng.， 2018， 6（11）， 14082—14094
47	Cai T. T.， Optimization of Enzyme⁃like Activities of Pd⁃based Nanomaterials and Study of Their Antibacterial Activities， Soochow University， Suzhou， 2020
	蔡婷婷. 钯基纳米材料的类酶活性优化及其抗菌活性研究，苏州：苏州大学， 2020
48	Rahmati Z.， Abdi J.， Vossoughi M.， Alemzadeh I.， Environ. Res.， 2020， 188， 109555
49	Misba L.， Zaidi S.， Khan A. U.， Photodiagn. Photodyn. Ther.， 2017， 18， 24—33
50	Deng H. T.， Zhu J. Y.， Tong Y. Q.， Kong Y. W.， Tan C.， Wang M. Y.， Wan M. Z.， Meng X. J.， LWT Food Sci. Technol.， 2021， 150， 112018
51	Cui H. Y.， Li W.， Li C. Z.， Lin L.， Food Control， 2016， 67， 68—74
52	Iatsunskyi I.， Kempinski M.， Nowaczyk G.， Jancelewicz M.， Pavlenko M.， Zaleski K.， Jurga S.， Appl. Surf. Sci.， 2015， 347， 777—783
53	Hunge Y. M.， Uchida A. Tominage Y. Fujii Y.， Yadav A. A.， Kang S. W.M Suzuki N.， Shitanda I.， Kondo T.， Itagaki M.， Catalysts， 2021， 11（4）， 460
54	Sahu K.， Bisht A.， Dutta A.， Som T.， Mohapatra S.， Surf. Interfaces， 2021， 26， 101436
55	Xian Z. Q.， Zhang L.， Yu Y.， Lin B. X.， Wang Y. M.， Guo M. L.， Cao Y. J.， Microchim. Acta， 2021， 188（3）， 65
56	Zhang J.， Si M. Y.， Jiang L. B.， Yuan X. Z.， Yu H. B.， Wu Z. B.， Li Y. F.， Guo J. Y.， Chem. Eng. J.， 2021， 410， 128336
57	Li J. Y.， Sun W.， Yang Z. H. Y.， Gao G.， Ran H. H.， Xu K. F.， Duan Q. Y.， Liu X. Y.， Wu F. G.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2020， 12（49）， 54378—54386
58	Khan S.， Ul⁃Islam M.， Khattak W. A.， Ullah M. W.， Park J. K.， Cellulose， 2015， 22（1）， 565—579
59	Wang Y. H.， Zhao T.， Zhang L.， Zou L.， Zhang Y. T.， AIP Adv.， 2019， 9（11）， 115208
60	Ma H.， Yang S.， li M.， Tang X. N.， Xia Z. H.， Dai R.， Ceram. Int.， 2021， 47（24）， 34092—34105
61	Khamrai M.， Banerjee S. L.， Pau S.， Ghosh A. K.， Sarkar P.， Kundu P. P.， ACS Sustainable Chem. Eng.， 2019， 7（14）， 12083—12097
62	Wu W. T.， Zhao W. J.， Wu Y. H.， Zhou C. X.， Li L. Y.， Liu Z. X.， Dong J. D.， Zhou K. H.， Appl. Surf. Sci.， 2019， 465， 279—287
63	Chen Y. F.， Tang X. N.， Gao X.， Zhang B.， Luo Y.， Yao X. Y.， Ceram. Int.， 2019， 45（12）， 15505—15513
64	Zhou T. T.， Wei C. H.， Lan W. Q.， Zhao Y.， Pan Y. J.， Sun X. H.， Wu V. C. H.， J. Food Sci.， 2020， 85（5）， 1513—1522
65	Lin S. L.， Hu J. M.， Tang S. S.， Wu X. Y.， Chen Z. Q.， Tang S. Z.， Photochem. Photobiol.， 2012， 88（4）， 985—991
66	Wei F.， Cui X. Y.， Wang Z.， Dong C. C.， Li J. D.， Han X. J.， Chem. Eng. J.， 2021， 408， 127240

[1]	CHEN Jiamin, QU Xiaozhang, QI Guohua, XU Weiqing, JIN Yongdong, XU Shuping. SERS Nanoprobe for the Detection of Reactive Oxygen Species in Cells Produced by Electrostimulus [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220033.
[2]	LIANG Yuxin, ZHAO Rong, LIANG Xinyue, FANG Xiaohong. Single-molecule Imaging and Analysis of Signal Transduction Proteins on Cell Membranes ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(6): 1127.
[3]	GAO Jing,HUANG Keke,ZHANG Xianlong,SUN Yu,FENG Shouhua. Robust Self-assembly Properties of Glyceryl Decanoates Synthesized Under Wetting and Drying Cycles^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(5): 849.
[4]	LUO Yanling, LIU Yajun. Role of Superoxide in Bioluminescence^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(1): 24.
[5]	ZHU Zhi-Jie, LIU Qiong, CHEN Ping, XU Xu, NI Jia-Zuan, YANG Si-Lin, SONG Yun. Seleno-polymannuronate Synthesis and Resistance to Oxidation and Apoptosis in Alzheimer’s Disease Cells [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(1): 115.
[6]	LI Chen, YANG Zheng, SHE Meng-Yao, YIN Wen-Ting, LI Jian-Li*, ZHAO Gui-Fang, SHI Zhen. Recent Progress in Superoxide Dismutase Mimics [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(9): 2046.
[7]	XIA Zhi-Ning*, LI Li-Xian, CHEN Hua, XIONG Cai-Qiao, YANG Feng-Qing. Kinetic Parameters of Interaction Between Cell Membrane and Drug by ppKCE [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(4): 851.
[8]	XU Jian-Ping, CHEN Wei-Dong, JI Jian, SHEN Jia-Cong. Novel Biomimetic Polymeric Micelles for Drug Delivery [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2007, 28(2): 394.
[9]	LIU Hui-Xue, YANG Xiao-Da*, WANG Kui. Effects of Lanthanide Ions(La³⁺, Gd³⁺, Yb³⁺) on Production of Reactive Oxygen Species in Mitochondria [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2006, 27(6): 999.
[10]	SUN Jian, LIU Ke, XU Ying-Kai, CHEN Zhong-Wei, LIU Yang. Studies on Superoxide Formation in Photosystem Ⅱ with a Novel Spin Trap [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2002, 23(5): 979.

Design， Synthesis and Photocatalytic Antibacterial Mechanism of Ag-AgVO₃/BiVO₄ Composite as a High-efficient and Broad-spectral Antibacterial Agent

RichHTML

PDF (PC)

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

Figures/Tables 11

References 66

Related Articles 10

Recommended Articles

Metrics

Comments