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
研究內(nèi)容：
持久高效的細菌抑制是環(huán)境保護和公共衛(wèi)生維護的重要條件。因此，幾十年來，人們?yōu)殚_發(fā)抗菌肽和無機金屬基殺菌劑等高效抗菌劑付出了巨大的努力。光動力治療由于其可見光響應、氧化活性高、穩(wěn)定性強等優(yōu)點被認為是一種優(yōu)異的抗菌策略。然而，傳統(tǒng)的半導體如二氧化鈦(TiO2)，由于其對可見光的利用率低而具有較差的抗菌活性。在此，我們報告了一種基于將發(fā)光的Au納米簇(簡稱Au NCs)與TiO2 (TiO2-NH2@Au NCs)相結(jié)合的長效可見光驅(qū)動抗菌劑的設計。所合成的TiO2-NH2@Au NCs抗菌劑保證了高可見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，從而對革蘭氏陰性細菌和革蘭氏陽性細菌均具有優(yōu)異的可見光驅(qū)動的抗菌活性，且具有優(yōu)異的耐久性。這項工作有趣的策略和設計將為其他新型光動力抗菌劑的設計提供借鑒。
要點一：
通過將超小Au NCs通過簡單酰胺化與氨基功能化的TiO2結(jié)合，成功開發(fā)了一種長效廣譜Au NCs基抗菌劑，用于可見光驅(qū)動的細菌殺滅。合成的TiO2-NH2@Au NCs表現(xiàn)出更強的抗菌活性，比原始TiO2高出約3個數(shù)量級，比TiO2 與Au NCs物理復合的樣品高出2個數(shù)量級。
要點二：
在TiO2-NH2表面化學交聯(lián)的金納米團簇可以作為高效光敏劑獲取可見光，促進電荷載流子(e?/h+)的生成。然后，光激發(fā)的e?從激發(fā)的Au NCs通過酰胺鍵轉(zhuǎn)移到TiO2的導帶最終遷移到TiO2表面與溶解氧(O2)反應生成ROS。此外，TiO2-NH2表面富含電子的氨基可以通過電荷轉(zhuǎn)移進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的紫外可見吸收 (黑色曲線)，光致發(fā)光 (PL，簡稱;藍色和紅色曲線)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元素對應的元素映射。
圖4： TiO2、TiO2-NH2、TiO2-NH2@Au NCs和TiO2-NH2 + Au NCs在可見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。(c)革蘭氏陽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在可見光照射下為誘導大腸桿菌細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生。
參考文獻
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.
