原创Lv ZQ 抗菌科技圈

第一作者：Liu Xun，Cheng Zihan

通讯作者：Wang Jianhua，Chen Mingli

通讯单位：东北大学

研究速览

近期，东北大学王建华教授和陈明丽教授科研团队在ACS Applied Materials & IntErfaces上发表了有关上转换纳米颗粒和银纳米团簇联合高效抗菌的研究工作。细菌感染仍然是威胁人类健康的棘手问题，人们迫切希望开发出新的杀菌效率更高的抗菌剂。作者通过将上转换纳米颗粒（UCNPs）与银纳米团簇（AgNCs）联合，开发出一种具有优异杀菌效果和生物相容性的复合抗菌剂。该材料以甲基蓝（MB）为光敏剂，采用微乳液法将UCNPs和MB分子包裹在二氧化硅球中。同时，银离子（Ag ）被硅球表面的氨基还原，原位形成银纳米团簇（AgNCs），从而得到复合抗菌剂（UCNPs@SiO2（MB）@AgNCs）。该抗菌剂具有双重抗菌机制：首先。在近红外辐射（NIR，980nm）的激发下，UCNPs可在655nm处发出可见光，同时，MB吸收UCNPs发射的光产生单线氧（1O2），导致细菌死亡。其次，AgNCs释放的银离子亦可破坏了细菌的膜结构，从而杀死细菌。

要点分析

要点一：产生单线氧实现高效抗菌：Yb、Er和Mn三元素掺杂的上转换纳米颗粒，与用Yb和Er双元素掺杂的上转换纳米颗粒相比，在655nm处发出更强的可见光。同时，MB吸收UCNPs发射的光，产生单线氧1O2，导致细菌凋亡。

要点二：用SiO2确保高效抗菌能力：将UNCPs与光敏剂亚甲基蓝一起用二氧化硅球包裹。二氧化硅微球确保了纳米复合材料在水中的良好分散，并防止了由于光敏剂与细菌膜的相互作用而导致抗菌性能的恶化。

图文导读

图1：（a）UCNPs（NaYF4：Yb，Er，Mn）、（b）UCNPs@SiO2（MB）以及（c）(UCNPs@SiO2（MB）@AgNCs的透射电子显微镜图像。

图2.（a）NaYF4：Yb，Er和NaYF4：Yb，Er，Mn上转换纳米粒子的荧光发射光谱。（b）MB和NaYF4：Yb，Er，Mn的紫外-可见过光吸收光谱和荧光发射光谱。（c）NaYF4：Yb，Er，Mn，UCNPs@SiO2（MB）和UCNPsUCNPs@SiO2（MB）@AgNCs的荧光发射光谱。（d）在功率密度为1.0W·cm-1的近红外光照射下产生单线氧（1O2）的示意图。

图3.（a）不同材料处理大肠杆菌15h后的抗菌性能比较，以及（b）大肠杆菌的存活率。

（c）不同材料处理金黄色葡萄球菌15h后的抗菌性能比较，以及（d）金黄色葡萄球菌的存活率。

图4.（a、b）大肠杆菌和金黄色葡萄球菌细菌细胞的SEM图像，以及（c、d）用UCNPs@SiO2（MB）@AgNCs处理15h后大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的SEM图像。（e）UCNPs@SiO2（MB）@AgNCs的抗菌机理图。

图5.MCF-7、A549和L-O2细胞经不同浓度的UCNPs@SiO2（MB）@AgNCs处理后的存活率。

结论

在这项研究中，作者利用掺镧系元素UNCPs、光敏剂亚甲基蓝和银纳米团簇的联合抗菌作用，设计制备了UCNPs@SiO2（MB）@AgNCs光动力抗菌剂。主要结论如下：

1. 将UNCPs与MB一起用二氧化硅球包裹。二氧化硅球确保了纳米复合材料在水介质中的良好分散，并防止由于光敏剂与细菌膜的相互作用而导致的抗菌性能恶化。

2. 在980nm激光照射下，Yb、Er和Mn三元素掺杂的上转换纳米颗粒，与Yb和Er双元素掺杂上转换纳米颗粒相比，在655nm处具有更强的荧光。MB吸收UCNPs的发射，产生单线氧1O2，导致细菌凋亡。

3. UCNPs@SiO2（MB）@AgNCs具有良好的生物相容性，在1000μg·mL-1的高浓度下对正常细胞无明显的细胞毒性。

全文链接：https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c15710

参考文献：Xun Liu, Zihan Cheng, Hui Wen, Shangqing Zhang, Mingli Chen, and Jianhua Wang. Hybrids of upconversion nanoparticles and silver nanoclusters ensure superior bactericidal capability via combined sterilization. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(46):51285-51292.

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