科研進(jìn)展
蘭州化物所綠色構(gòu)筑凹凸棒石基礦物復(fù)合納米酶研究獲新進(jìn)展
針對(duì)致病菌和耐藥菌設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型抗菌材料是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。納米酶兼具納米材料和天然酶的特性，被認(rèn)為是對(duì)抗耐藥菌的“有效武器”。目前，化學(xué)合成納米酶研究取得長(zhǎng)足進(jìn)展，但存在制備過(guò)程不清潔、技術(shù)路線復(fù)雜以及納米粒子易團(tuán)聚等問(wèn)題，抗菌性能仍需提升。
在綠色可持續(xù)發(fā)展理念下，利用天然植物提取物替代有毒有害化學(xué)試劑構(gòu)筑納米材料備受關(guān)注。植物提取物中的活性成分可介導(dǎo)納米粒子形成，還作為封端劑能有效控制納米粒子的尺寸與形貌，在金屬或金屬氧化物納米酶構(gòu)筑方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。
中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所資源化學(xué)與能源材料研究中心/甘肅省黏土礦物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，基于凹凸棒石獨(dú)特的一維納米棒晶和納米孔道的“誘導(dǎo)”和“限域”效應(yīng)，在綠色構(gòu)筑凹凸棒石基礦物復(fù)合納米酶研究方面取得了新進(jìn)展。
研究人員采用檸檬皮提取物介導(dǎo)的低溫水熱法，利用所含抗壞血酸與多酚類(lèi)物質(zhì)將Ag+還原為Ag0，并原位均勻錨定于凹凸棒石納米棒晶表面，構(gòu)筑了銀納米粒子尺寸小于2 nm的Ag/凹凸棒石復(fù)合納米酶（Ag/APT）（圖1）。該礦物復(fù)合納米酶比AgNPs具有更大的比表面積和更多的活性位點(diǎn)。對(duì)多重耐藥菌性耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）和產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶大腸桿菌（ESBLs-E.coli）均表現(xiàn)出優(yōu)異的廣譜抗菌活性。
圖1.Ag/APT復(fù)合納米酶的制備及表征
Ag/APT復(fù)合納米酶在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中均具有良好的生物相容性。在大鼠MRSA感染傷口模型實(shí)驗(yàn)中，Ag/APT復(fù)合納米酶有效消除了病原菌，減輕了傷口炎癥，加速了傷口愈合。該研究工作以“Attapulgite-assisted in-situ anchoring of ultrasmall Ag nanoparticles for enhanced eradication of multidrug-resistant bacterial biofilms and accelerated wound healing”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（2025, 17, 26310-26322）上。
圖2.Ag/APT復(fù)合納米酶促進(jìn)小鼠MRSA感染傷口愈合
在此基礎(chǔ)上，研究人員利用芍藥根提取物介導(dǎo)制備了1.26 ± 0.3 nm銀納米粒子的AgNPs/APT復(fù)合納米酶，將其與羧甲基殼聚糖（CMC）和κ-卡拉膠（KCG）復(fù)合，成功構(gòu)建了多功能復(fù)合冷凍凝膠（CMC/KCG/AgNPs/APT）。該復(fù)合冷凍凝膠具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、快速的液體吸收能力和良好的生物相容性。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)表明，CMC/KCG/AgNPs/APT復(fù)合冷凍凝膠通過(guò)增強(qiáng)液體吸收和血小板激活實(shí)現(xiàn)快速止血，并對(duì)鮑曼不動(dòng)桿菌在內(nèi)的多種病原體表現(xiàn)出廣譜抗菌活性，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)加速組織修復(fù)。此外，該凝膠還展現(xiàn)出獨(dú)特的免疫調(diào)節(jié)功能，可將促炎型的M1型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為促愈合的M2型，使CD163+細(xì)胞數(shù)量增加2.6倍，有效抑制炎癥因子TNF-α的表達(dá)，并促進(jìn)成纖維細(xì)胞遷移。在銅綠假單胞菌感染的全層皮膚缺損模型中，這種多模式協(xié)同作用在14天內(nèi)將傷口愈合率顯著提升至95.34% ± 2.9%（圖3）。因此，通過(guò)將金屬納米粒子、黏土礦物與生物多糖進(jìn)行協(xié)同整合，為解決感染傷口管理中抗菌效力、生物安全性及免疫調(diào)節(jié)平衡等問(wèn)題提供了一種有效解決方案。該研究工作以“Green-nanoarchitectonics for sub-2 nm Ag nanoparticles on attapulgite enables biocryogel with synergistic and triple-functional wound therapy effect”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（2025, 17, 61855-61871）上。
圖3.CMC/KCG/AgNPs/APT促進(jìn)小鼠感染傷口愈合
近期，研究人員采用油橄欖葉提取物作為綠色還原劑與穩(wěn)定劑，成功構(gòu)建了具有可見(jiàn)光響應(yīng)性的CuO/凹凸棒石（CuO/APT）復(fù)合納米酶，將其摻入κ-卡拉膠（KC）/羧甲基殼聚糖（CC）基質(zhì)中，獲得了具有光催化抗菌功能的CuO/APT-KC/CC凝膠膜傷口敷料（圖4）。利用CuO/APT復(fù)合納米酶與生物聚合物鏈之間界面相互作用，實(shí)現(xiàn)了納米酶的均勻分散。該凝膠薄膜具有良好的親水性、適宜的力學(xué)性能和優(yōu)異的保濕能力。同時(shí)，CuO/APT復(fù)合納米酶賦予該凝膠敷料優(yōu)異的耐藥菌抑制效果，對(duì)MRSA的抑制率高達(dá)99.8%（圖5）。在MRSA感染的全層皮膚缺損大鼠模型中，該復(fù)合薄膜能夠有效清除細(xì)菌、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、促進(jìn)膠原沉積與組織再生，加速傷口愈合，促進(jìn)成纖維細(xì)胞遷移。
上述研究成功構(gòu)筑了一種兼具高效光催化抗菌與主動(dòng)促愈合功能的新型傷口敷料，為臨床治療耐藥菌感染創(chuàng)面提供了材料支撐。該研究工作以“Nano-functionalized biopolymer films with green-synthesized CuO/Attapulgite for light-promoted antibacterial therapy and wound healing”為題發(fā)表在Small（2026, 0:e11910）上。
圖4.CuO/APT-KC/CC凝膠膜敷料的制備和抗菌應(yīng)用示意圖
圖5.CuO/APT-KC/CC凝膠膜的抗耐藥菌活性和作用機(jī)理
上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、甘肅省基礎(chǔ)研究創(chuàng)新群體、甘肅省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
