Microbial Synthesis of Reduced Graphene Oxide Nanosheets by Proteus mirabilis MT378377 and Antibacterial Activity against Multidrug Resistant Bacteria
本研究报告了在特定温度、pH值和添加剂条件下，利用变形ூ杆菌（*Proteus mirabilis*）MT378377 优化合成还原氧化石墨烯纳米片的微生物合成过程，并揭示了尽管所得纳米材料具有适用于药物递送的特性，但与氧化石阁相比，其对多重耐药细菌的抗菌活性较低。
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在现代材料的世界里，很少有物质能像石墨烯那样备受赞誉。想象一下，由碳原子排列成的完美单层蜂窝状薄片；它极其坚固，能轻易导电，而且由于如此之薄，本质上是二维的。然而，制造这种纯净材料通常需要使用严苛的化学品、高温或昂贵的设备，这在规模化用于日常用途时会面临困难。科学家们长期以来一直在寻找一种更温和的方法来制造这些碳片，一种能够模仿自然界高效性的方法。一种相关的材料被称为氧化石墨烯，它更容易生产，但表面带有额外的氧原子，这使得它的导电性降低且更易溶于水。为了兼顾两者的优点，研究人员试图剥离这些氧基团，以创造出“还原氧化石墨烯”，这种材料保留了石墨烯的有益特性，同时更易于处理。挑战在于寻找一种既不需要借助有毒化学品，也不需要极端高温的方法来移除这些氧基团，这促使科学家转向微观的细菌世界寻求解决方案。
来自巴基斯坦拉合尔女大（Lahore College for Women University）的一个研究小组决定测试一种特定的细菌是否可以执行这种化学转化。他们首先通过收集土壤样本并分离各种细菌菌落，通过筛选观察哪些菌株能够自然地还原氧化石墨烯。在测试了几种候选者后，他们发现了一个脱颖而出的单一菌株。通过基因分析，他们确认这种细菌是变形杆菌（Proteus mirabilis），这是一种在环境中常见的微生物。他们将这一特定菌株命名为 MT378377，并着手了解其具体的工作原理以及在何种条件下表现最佳。其目标是创造一种清洁、环保的工艺，用以大规模生产这些碳纳米片，从而为传统的化学制造提供一种更绿色的替代方案。
研究人员发现，这种细菌就像是这些纳米材料的“活工厂”。当他们将细菌与氧化石墨烯溶液混合时，微生物开始剥离氧基团，使混合物变为深黑色，这标志着还原氧化石墨烯的形成。为了找到这一生物过程的完美配方，团队调整了各种条件，就像厨师调味菜肴一样。他们发现，细菌在 37 摄氏度的温暖温度下工作得最好，这正是许多生物体的标准体温。他们还发现水的酸碱度也很重要；一个 pH 值为 5 的微酸性环境能让细菌产生最多的材料。添加极少量的盐（具体为氯化钠）有助于过程的进行，添加一种名为 Tween 80 的特定表面活性剂也是如此，这种物质有助于混合那些通常难以融合的物质。最有效的起始氧化石墨烯浓度为每毫升 1 毫克，并且细菌在避光环境下工作效果最好。
一旦确定了最佳条件，团队便测量了产出材料的数量及其形态。在正确的条件下，细菌生成了大量的还原氧化石墨烯，研究人员通过光吸收测试证实了这一点。当他们在强大的显微镜下观察最终产物时，看到细菌成功创造出了薄片状结构。这些薄片的尺寸约为 91 纳米，这是一个如此微小的尺度，以至于一百万个这样的薄片也只能铺满人类头发的宽度。该材料表面带有负电荷，这有助于防止薄片聚集，并确保它们悬浮在水中。化学分析显示，虽然细菌移除了大部分氧化石墨烯中的氧基团，但仍有一些氧原子附着在表面，赋予了材料独特的化学特性。
研究人员随后测试了这些新生成的纳米片是否能够对抗危险细菌，特别是针对多重耐药性的大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和伤寒沙门氏菌（Salmonella typhi）。他们对比了原始氧化石墨烯、新生成的还原氧化石墨烯以及标准石墨的表现。结果令人惊讶。原始氧化石墨烯被证明是一种强力的武器，能产生细菌无法生长的透明区域，且随着浓度的增加，其效力也随之增强。然而，由细菌产生的还原氧化石墨烯在测试浓度下并未表现出杀死这些耐药病原体的能力。标准石墨也未能阻止细菌生长。团队得出结论，虽然细菌成功创造了这种材料，但还原氧化石墨烯特定的化学结构使其在杀灭细菌方面的效果不如原始的未还原版本。
尽管最终产物缺乏抗菌活性，但这项研究强调了一种成功且环保的制造纳米材料的方法。研究人员指出，他们生产的还原氧化石墨烯具有无毒性，并保留了可用于其他应用的官能团，例如将药物或基因载入细胞进行医疗处理。其巨大的表面积也表明，它在工业领域可能有用，例如作为机械润滑剂。虽然这种特定的细菌菌株本身不能产生能杀死多重耐药细菌的材料，但该过程本身提供了一条极具前景的低能耗路径，可以用以制造纳米材料，并将其与其他药剂结合，用于对抗感染或作为医学中的先进递送系统。这项工作证明，只要条件合适，人类确实可以利用自然的力量来构建复杂的材料。
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