第一作者：朱海光、刘乃维

通讯作者：袁勋

通讯单位：青岛科技大学

研究内容： 

持久高效的细菌抑制是环境保护和公共卫生维护的重要条件。因此，几十年来，人们为开发抗菌肽和无机金属基杀菌剂等高效抗菌剂付出了巨大的努力。光动力治疗由于其可见光响应、氧化活性高、稳定性强等优点被认为是一种优异的抗菌策略。然而，传统的半导体如二氧化钛(TiO₂)，由于其对可见光的利用率低而具有较差的抗菌活性。在此，我们报告了一种基于将发光的Au纳米簇(简称Au NCs)与TiO₂ (TiO₂-NH₂@Au NCs)相结合的长效可见光驱动抗菌剂的设计。所合成的TiO₂-NH₂@Au NCs抗菌剂保证了高可见光吸收效率和光生成载流子的分离效率，增加了丰富的活性氧物质（ROS）的产生，从而对革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌均具有优异的可见光驱动的抗菌活性，且具有优异的耐久性。这项工作有趣的策略和设计将为其他新型光动力抗菌剂的设计提供借鉴。

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要点一： 

通过将超小Au NCs通过简单酰胺化与氨基功能化的TiO₂结合，成功开发了一种长效广谱Au NCs基抗菌剂，用于可见光驱动的细菌杀灭。合成的TiO₂-NH₂@Au NCs表现出更强的抗菌活性，比原始TiO₂高出约3个数量级，比TiO₂ 与Au NCs物理复合的样品高出2个数量级。

要点二：

在TiO₂-NH₂表面化学交联的金纳米团簇可以作为高效光敏剂获取可见光，促进电荷载流子(e⁻/h⁺)的生成。然后，光激发的e⁻从激发的Au NCs通过酰胺键转移到TiO₂的导带最终迁移到TiO₂表面与溶解氧(O₂)反应生成ROS。此外，TiO₂-NH₂表面富含电子的氨基可以通过电荷转移进一步提高其表面电荷密度，从而产生更多的ROS。

图1：TiO₂-NH₂@Au NCs{attr}3128{/attr}的制备。

图2: (a) Au NCs的紫外可见吸收 (黑色曲线)，光致发光 (PL，简称;蓝色和红色曲线)光谱。 (b) Au NCs的TEM图像和尺寸分布直方图(插图)。

图3：(a、b) TiO₂-NH₂@Au NCs抗菌剂不同放大倍数的TEM图像。(c) TiO₂-NH₂@Au NCs的EDX映射图和Ti, O, Au, N和S元素对应的元素映射。

图4： TiO₂、TiO₂-NH₂、TiO₂-NH₂@Au NCs和TiO₂-NH₂ + Au NCs在可见光和黑暗条件下培养60 min金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的菌落生长。(c)革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和(d)革兰氏阴性大肠杆菌不同样品处理后的杀菌活性。

图5：(a) TiO₂、TiO₂-NH₂、TiO₂-NH₂ + Au NCs和TiO₂-NH₂@Au NCs的紫外可见漫反射光谱及其(Ahv)²与光子能量的图)。(b) TiO₂ (黑色曲线)，TiO₂-NH₂ (红色曲线)，TiO₂-NH₂ + Au NCs (蓝色曲线)和TiO₂-NH₂@Au NCs (绿色曲线)的光电流曲线。(c)在Au NC溶液中加入不同量的TiO₂-NH₂ (λex = 420 nm, 3 mL Au NC溶液) 荧光发射光谱。(d) TiO₂、TiO₂-NH₂、TiO₂-NH₂ + Au NCs和TiO₂-NH₂@Au NCs在可见光照射下为诱导大肠杆菌细胞内ROS的产生。

参考文献

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.