《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Graphene Oxide integrated PET Waste-Derived Cu-BHET Metal–Organic Frameworks with Superior Antioxidant Activity and Accelerated Wound Healing Performance
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本研究将PET塑料废物转化为BHET单体，进而合成Cu-BHET MOF及其石墨烯氧化物复合物GO@Cu-BHET MOF，发现后者具有显著的抗氧化（10 μg/mL时达40%）和抗菌活性，并能在24小时内促进伤口愈合，验证了可持续制备生物医用材料的潜力。
迪莎·高什（Disha Ghosh）| 苏梅达·达斯（Sumedha Das）| 普里蒂·蒙达尔（Prity Mondal）| 基肖尔·萨卡尔（Kishor Sarkar）
加尔各答大学聚合物科学与技术系基因治疗与组织工程实验室，A.P.C.路92号，加尔各答700009，印度
摘要
将塑料废物可持续地转化为高价值的生物医学材料仍然是一个关键挑战。在这项研究中，我们报告了一种基于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）废物的双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯（BHET）的铜金属-有机框架（Cu-BHET MOF）及其氧化石墨烯集成类似物（GO@Cu-BHET MOF）的合成，用于先进的伤口愈合应用。首先通过化学降解PET废物获得BHET，然后将其用作MOF制造的有机连接器。使用FTIR、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析证实了Cu-BHET MOF和GO@Cu-BHET MOF的成功形成，证明了BHET、铜离子和氧化石墨烯之间的有效配位。
系统评估了这些材料的生物性能。DPPH（2,2-二苯基-1-吡啶基肼）自由基清除实验显示，Cu-BHET MOF的抗氧化活性依赖于浓度，当浓度从10 μg/mL增加到200 μg/mL时，抗氧化活性从约10%增加到约50%。值得注意的是，氧化石墨烯的加入显著增强了抗氧化效果，GO@Cu-BHET MOF在10 μg/mL时的清除率约为40%，在200 μg/mL时接近80%。此外，GO@Cu-BHET MOF的抗菌活性优于Cu-BHET MOF。
体外
使用L929成纤维细胞进行的细胞相容性研究表明，这两种MOF在浓度达到100 μg/mL时均无毒性。伤口划痕实验表明，GO@Cu-BHET MOF在低浓度10 μg/mL下24小时内即可实现完全伤口闭合，而Cu-BHET MOF在相同浓度下未能实现完全愈合。总体而言，这项研究提出了一种将废物转化为有价值的策略，用于开发具有生物相容性、高抗氧化性和抗菌性的MOF基材料，突显了集成氧化石墨烯的PET衍生Cu-BHET MOF在高效伤口愈合应用中的巨大潜力。
引言
塑料污染，特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的污染，是一个全球性的环境和经济挑战，这激发了人们对化学升级策略的广泛兴趣，这些策略可以将废物转化为高附加值的化学品和材料[1]，[2]。通过化学降解PET生成双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯（BHET）或对苯二甲酸（TPA）已成为一种有吸引力的方法，以产生适合后续功能化和材料合成的高纯度单体[3]，[4]。最近的报告显示，PET衍生的BHET不仅可以作为可回收的单体，还可以作为合成苯二甲酸二羧酸（BDC）型配位网络的成本效益高的有机连接器前体，从而实现无溶剂或水热法制备MOF，减少对原始原料的依赖[5]，[6]。
由铜离子和BDC型连接器构成的金属-有机框架（MOFs）是一类多功能材料，具有可调的孔隙率、配位环境和功能特性。基于铜的MOFs，包括HKUST-1和几种Cu-BDC类似物，因铜的固有抗菌特性和氧化还原活性而在催化、气体吸附以及越来越多的生物医学应用中得到了深入研究[7]，[8]，[9]。最近的综述和实验研究表明，Cu-MOFs在感染控制和组织工程领域具有巨大潜力，但也指出了必须解决的稳定性和生物相容性限制，以便将实验室发现转化为临床或转化应用[10]。因此，将用户友好的、来自废物的连接器与铜中心结合，提供了一种同时解决可持续性和生物医学功能的途径。
增强MOF功能的另一种方法是引入二维碳纳米材料，特别是氧化石墨烯（GO）。GO具有与伤口护理相关的多种属性：高表面积促进与细胞和生物分子的相互作用，富含含氧功能基团，有助于与MOF成分形成强界面键合，以及通过膜相互作用和氧化应激机制具有固有的抗菌活性[11]，[12]，[13]。许多研究表明，GO及其基复合材料可以抑制细菌定植，破坏生物膜形成，并加速与聚合物或无机支架结合时的伤口愈合过程[14]，[15]，[16]。将GO嵌入MOF结构中已被探索用于协同实现孔隙驱动的递送和GO的生物活性，但系统地展示GO增强型PET衍生MOF在伤口愈合中的效果的研究仍然很少。
氧化应激和微生物感染是有效伤口修复的两个主要障碍，这促使人们开发结合抗氧化和抗菌功能的伤口敷料和材料[17]，[18]，[19]。MOFs可以通过氧化还原活性金属中心或抗氧化连接器表现出自由基清除行为；最近的研究表明，通过合理选择金属和配体，可以使MOFs具备DPPH自由基清除能力和相关的生物活性[20]，[21]。然而，已发表的报道通常关注传统的原始连接器，而不是回收原料，且关于复合策略（例如GO的加入）如何在不同浓度下增强抗氧化性能的比较研究有限。因此，在PET衍生MOF平台上展示浓度依赖的抗氧化增强效果将提供机制洞察和实际应用的相关性。
生物相容性是任何用于伤口接触的材料的中心要求[22]。标准细胞毒性测试，如MTT（例如在L929成纤维细胞上），广泛用于在进一步进行更复杂的测试之前筛选材料的急性细胞毒性。先前报道的基于MOF的伤口材料通常结合抗菌金属中心和生物相容性连接器或涂层，以限制离子渗出和细胞毒性反应。尽管如此，文献显示存在变异性：一些含铜的MOFs由于铜的释放而表现出剂量依赖的细胞毒性，而其他MOFs——尤其是在复合材料中稳定的情况下——在治疗相关浓度下显示出可接受的活力[23]，[24]，[25]。因此，确定PET衍生Cu-BHET MOFs及其GO集成类似物在相关浓度范围内的细胞相容性对于验证其转化潜力至关重要。
尽管取得了这些个别进展，当前的知识体系中仍存在三个空白。首先，只有少数研究展示了将PET废物直接转化为BHET连接器并将其随后整合到铜MOFs中的过程，对其下游生物医学性能的探索有限。其次，虽然已将GO加入多种生物材料中以增强抗菌和伤口愈合效果，但系统比较GO如何影响MOF基系统中的抗氧化能力和伤口闭合动力学（尤其是在低临床相关浓度下）的研究尚缺乏。第三，将结构表征（FTIR、XRD、XPS）、剂量依赖的抗氧化测试（DPPH）、抗菌测试、细胞相容性（L929 MTT）和功能性伤口愈合测试（划痕闭合）整合到一个PET衍生MOF平台中的综合研究明显不足。解决这些空白将有助于弥合可持续材料化学和应用生物医学研究之间的差距。
在这项研究中，我们报告了一种基于PET废物的BHET的铜MOF（Cu-BHET MOF）及其氧化石墨烯集成类似物（GO@Cu-BHET MOF）的合成，并评估了它们的结构、抗氧化、抗菌和细胞相容性。我们使用FTIR、XRD和XPS确认了BHET的配位、铜的形态以及GO的成功整合；我们通过DPPH测试在10–200 μg·mL?1浓度范围内量化了自由基清除效果；我们比较了抗菌效果，并进行了高达100 μg·mL?1的L929 MTT细胞毒性筛选；最后，我们使用划痕实验体外评估了伤口闭合行为。我们的结果表明，GO的加入显著增强了抗氧化活性和抗菌性能，在10 μg·mL?1浓度下24小时内实现了完全伤口闭合——这一结果突显了将废物转化为生物医学材料的策略在提供高性能、生物相容性MOF基伤口愈合材料方面的潜力。这些发现推进了可持续MOF合成和实际伤口护理材料设计的发展。
从PET废物通过糖酵解合成BHET
双(2-羟基乙基)对苯二甲酸酯（BHET）是通过糖酵解过程从消费后聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）废物中合成的，遵循了我们之前报道的方法，并进行了少量修改[3]。简而言之，废弃的PET瓶子用洗涤剂和去离子水彻底清洗以去除表面杂质，在室温下干燥，并切割成小片（5x5x5 mm3）以增加表面积。在典型的糖酵解反应中，使用了10克PET碎片
结论
本研究展示了一种可持续的废物转化策略，将消费后的PET废物转化为具有生物功能的基于BHET的铜金属-有机框架（Cu-BHET MOF）及其氧化石墨烯集成复合材料（GO@Cu-BHET MOF），用于伤口愈合应用。通过PET糖酵解产生的BHET有效地作为构建结晶铜基MOF的有机连接器，这一点通过FTIR、XRD和XPS分析得到了验证。结构建模证实了有序结构的形成
CRediT作者贡献声明
苏梅达·达斯（Sumedha Das）：撰写——原始草稿、软件、方法论、正式分析、数据管理。普里蒂·蒙达尔（Prity Mondal）：软件、方法论、正式分析、数据管理。基肖尔·萨卡尔（Kishor Sarkar）：撰写——审阅与编辑、撰写——原始草稿、可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法论、研究、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。迪莎·高什（Disha Ghosh）：撰写——审阅与编辑、撰写——原始草稿、验证
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争财务利益或个人关系。
致谢
KS感谢DST-SERB通过两个批准的项目EEQ/2020/000496、EEQ/2016/000712和ECR/2016/002018提供的财政支持。K.S.还感谢UGC提供的UGC-BSR研究启动基金（F.30-363/2017(BSR），日期为2017年8月8日）以及CU提供的UPE-II纳米制造项目基金（UGC/166/UPE-II，日期为2017年4月3日）的财政支持。KS还感谢Babu Sudhamala博士在XPS分析方面的支持，以及Santanu Ghosh博士在BET分析方面的支持。
