硫脲衍生物修饰六方氮化硼的抗菌活性研究及其应用潜力

为解决抗生素耐药性这一全球性难题，研究人员通过APTES偶联技术将4-氯苯甲酰硫脲功能化到六方氮化硼（h-BN）表面，合成新型复合材料h-BNT。该材料通过FT-IR、XRD等技术证实结构稳定性，对革兰氏阳性（Gr+）和阴性（Gr-）菌均表现出显著抗菌活性，为开发低毒性、高生物相容性抗菌材料提供了新思路。

　　

抗生素耐药性已成为21世纪最严峻的公共卫生挑战之一。随着细菌通过基因突变、生物膜形成等途径对传统抗生素产生耐药性，每年全球因耐药菌感染导致的死亡人数持续攀升。尤其令人担忧的是，多药耐药菌株的出现使得临床治疗陷入无药可用的困境。在这一背景下，开发新型抗菌材料迫在眉睫。

传统抗菌材料如银纳米颗粒虽有效但存在细胞毒性问题，而合成高分子材料又面临生物相容性差的瓶颈。六方氮化硼（hexagonal boron nitride, h-BN）因其独特的sp²
杂化结构和类石墨烯层状排列，展现出优异的生物相容性和物理化学稳定性，成为抗菌材料研究的新宠。然而，未经修饰的h-BN抗菌活性有限，如何通过分子设计提升其抗菌效能成为关键科学问题。

针对这一挑战，来自布尔杜尔梅赫迈特·阿基夫·埃尔索伊大学的研究团队创新性地将4-氯苯甲酰硫脲通过(3-氨丙基)三乙氧基硅烷（APTES）桥接修饰到h-BN表面，成功制备出h-BN-N-APTES-N'-4-氯苯甲酰硫脲（h-BNT）复合材料。该成果发表在《Journal of Molecular Structure》上，为开发新一代抗菌材料提供了重要参考。

研究团队采用四大关键技术：X射线衍射（XRD）分析晶体结构，傅里叶变换红外光谱（FT-IR）鉴定官能团，热重分析（TG/DTA）评估热稳定性，以及固态¹³
C核磁共振（¹³
C-NMR）确认化学键合方式。抗菌实验选用代表性菌株：革兰氏阴性（Gr-）的大肠杆菌（Escherichia coli）和肠炎沙门氏菌（Salmonella enterica subsp.），革兰氏阳性（Gr+）的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和单核细胞增生李斯特菌（Listeria Monocytogens）。

XRD研究
通过对比h-BN、h-BN-APTES和h-BNT的衍射图谱，在2θ=26.3°、42.5°等位置的特征峰证实了六方晶系结构。14.6°和28°的额外峰表明存在硼酸残留，而新出现的衍射峰证实了硫脲衍生物的成功接枝。

FT-IR表征
在h-BNT谱图中观察到1720 cm^-1
处的C=O伸缩振动峰和1250 cm^-1
的C-N键特征峰，结合750 cm^-1
处B-N-B弯曲振动峰的位移，证明APTES和硫脲单元通过共价键固定在h-BN表面。

抗菌活性
h-BNT对测试菌种均表现出广谱抗菌效果，其作用机制可能涉及：1）硫脲基团与细菌表面羧基/磷酸基团反应破坏细胞膜；2）h-BN片层物理切割细菌细胞壁；3）活性氧（ROS）介导的氧化应激。尤其对Gr+菌的抑制率更高，可能与Gr+菌较厚的肽聚糖层更易受物理损伤有关。

热稳定性分析
TG曲线显示h-BNT在300°C以下保持稳定，而DTG峰显示最大分解速率发生在320°C，优于纯h-BN的热稳定性，证明功能化修饰增强了材料的热力学性能。

该研究首次实现将苯甲酰硫脲衍生物共价修饰到h-BN二维结构上，突破传统抗菌材料"高效-低毒"不可兼得的技术瓶颈。h-BNT兼具有机分子的生物活性和无机材料的稳定性，其模块化设计思路可拓展至其他功能分子修饰，为开发抗生物膜材料、伤口敷料等医疗器械提供新策略。正如作者强调，这种"无机载体-有机功能团"的协同设计，为应对日益严峻的抗生素耐药危机提供了多维解决方案。