第一作者：朱海光、劉乃維
通訊作者：袁勛
通訊單位：青島科技大學(xué)
研究?jī)?nèi)容：
持久高效的細(xì)菌抑制是環(huán)境保護(hù)和公共衛(wèi)生維護(hù)的重要條件。因此，幾十年來(lái)，人們?yōu)殚_(kāi)發(fā)抗菌肽和無(wú)機(jī)金屬基殺菌劑等高效抗菌劑付出了巨大的努力。光動(dòng)力治療由于其可見(jiàn)光響應(yīng)、氧化活性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是一種優(yōu)異的抗菌策略。然而，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體如二氧化鈦(TiO2)，由于其對(duì)可見(jiàn)光的利用率低而具有較差的抗菌活性。在此，我們報(bào)告了一種基于將發(fā)光的Au納米簇(簡(jiǎn)稱(chēng)Au NCs)與TiO2 (TiO2-NH2@Au NCs)相結(jié)合的長(zhǎng)效可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)抗菌劑的設(shè)計(jì)。所合成的TiO2-NH2@Au NCs抗菌劑保證了高可見(jiàn)光吸收效率和光生成載流子的分離效率，增加了豐富的活性氧物質(zhì)（ROS）的產(chǎn)生，從而對(duì)革蘭氏陰性細(xì)菌和革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌均具有優(yōu)異的可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)的抗菌活性，且具有優(yōu)異的耐久性。這項(xiàng)工作有趣的策略和設(shè)計(jì)將為其他新型光動(dòng)力抗菌劑的設(shè)計(jì)提供借鑒。
要點(diǎn)一：
通過(guò)將超小Au NCs通過(guò)簡(jiǎn)單酰胺化與氨基功能化的TiO2結(jié)合，成功開(kāi)發(fā)了一種長(zhǎng)效廣譜Au NCs基抗菌劑，用于可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)的細(xì)菌殺滅。合成的TiO2-NH2@Au NCs表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗菌活性，比原始TiO2高出約3個(gè)數(shù)量級(jí)，比TiO2 與Au NCs物理復(fù)合的樣品高出2個(gè)數(shù)量級(jí)。
要點(diǎn)二：
在TiO2-NH2表面化學(xué)交聯(lián)的金納米團(tuán)簇可以作為高效光敏劑獲取可見(jiàn)光，促進(jìn)電荷載流子(e?/h+)的生成。然后，光激發(fā)的e?從激發(fā)的Au NCs通過(guò)酰胺鍵轉(zhuǎn)移到TiO2的導(dǎo)帶最終遷移到TiO2表面與溶解氧(O2)反應(yīng)生成ROS。此外，TiO2-NH2表面富含電子的氨基可以通過(guò)電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)一步提高其表面電荷密度，從而產(chǎn)生更多的ROS。
圖1：TiO2-NH2@Au NCs光催化劑的制備。
圖2: (a) Au NCs的紫外可見(jiàn)吸收 (黑色曲線)，光致發(fā)光 (PL，簡(jiǎn)稱(chēng);藍(lán)色和紅色曲線)光譜。 (b) Au NCs的TEM圖像和尺寸分布直方圖(插圖)。
圖3：(a、b) TiO2-NH2@Au NCs抗菌劑不同放大倍數(shù)的TEM圖像。(c) TiO2-NH2@Au NCs的EDX映射圖和Ti, O, Au, N和S元素對(duì)應(yīng)的元素映射。
圖4： TiO2、TiO2-NH2、TiO2-NH2@Au NCs和TiO2-NH2 + Au NCs在可見(jiàn)光和黑暗條件下培養(yǎng)60 min金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的菌落生長(zhǎng)。(c)革蘭氏陽(yáng)性金黃色葡萄球菌和(d)革蘭氏陰性大腸桿菌不同樣品處理后的殺菌活性。
圖5：(a) TiO2、TiO2-NH2、TiO2-NH2 + Au NCs和TiO2-NH2@Au NCs的紫外可見(jiàn)漫反射光譜及其(Ahv)2與光子能量的圖)。(b) TiO2 (黑色曲線)，TiO2-NH2 (紅色曲線)，TiO2-NH2 + Au NCs (藍(lán)色曲線)和TiO2-NH2@Au NCs (綠色曲線)的光電流曲線。(c)在Au NC溶液中加入不同量的TiO2-NH2 (λex = 420 nm, 3 mL Au NC溶液) 熒光發(fā)射光譜。(d) TiO2、TiO2-NH2、TiO2-NH2 + Au NCs和TiO2-NH2@Au NCs在可見(jiàn)光照射下為誘導(dǎo)大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生。
參考文獻(xiàn)
H. Zhu, N. Liu, Z. Wang, Q. Xue, Q. Wang, X. Wang, Y. Liu, Z. Yin, X. Yuan, Marrying luminescent Au nanoclusters to TiO2 for visible-light-driven antibacterial application, Nanoscale, 13 (2021) 18996-19003.
