课题组一篇纳米抗菌方向的论文（Near-infrared light triggered photodynamic and nitric oxide synergistic antibacterial nanocomposite membrane）高被引。

Jing Sun a,c, Yong Fan b, Wei Ye c, Limei Tian a, Shichao Niu a, Weihua Ming d, Jie Zhao a,*,Luquan Ren a

  在此，我们报道了一种纳米复合聚偏氟乙烯（PVDF）膜，在单次 NIR 激发下具有 NO 辅助 PDT 抗菌性能，以提高治疗效果。欢迎大家继续关注。

  文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720341668？via%3Dihub

  课题组围绕仿生科学与工程学科，致力于仿生设计与制造，特别是仿生功能结构设计、医用抗菌材料等领域，欢迎大家合作交流。

    课题组网站：http://www.polymer.cn/ss/zhaojie1/index.html

文章简介

  作为一种新兴的杀菌策略，光动力疗法 (PDT) 在对抗各种病原体感染方面表现出巨大的潜力，但其抗菌效果可能会受到影响，这通常是由于其对短波长 (UV/Vis) 光的浅穿透性以及较短的扩散长度和产生的活性氧（ROS）的寿命。在此，我们提出了一种在单次近红外 (NIR) 光照射下开发具有显着增强杀菌性能的一氧化氮 (NO) 辅助 PDT 纳米复合膜的方法。初步制备了由上转换纳米粒子 (UCNPs) 和卟啉 MOFs (PCN-224) 组成的分层结构纳米粒子 (UCNP@PCN)。在掺杂 L-精氨酸 (LA) 后，将纳米颗粒掺入聚偏二氟乙烯 (PVDF) 基质中，得到电纺纳米复合膜 (UCNP@PCN@LA-PVDF)。 UCNP@PCN@LA-PVDF在近红外光（980 nm）照射下，可以产生足够的活性氧，不仅可以作为光动力治疗的主要杀菌剂，还可以诱导负载的LA产生一氧化氮，最终实现一氧化氮辅助的光动力杀菌行为。与 ROS 相比，生成的 NO 表现出更大的杀菌面积，证明了在促进 PDT 抗菌功效方面具有重要的互补优势，如体外和体内试验所证明的那样。这种类型的纳米复合膜可能会发现独特的生物医学应用，其中需要高度增强的 PDT 抗菌效果和 NIR 光的深度穿透。

图Scheme 1. UCNP@PCN@LA-PVDF纳米复合膜的制备及杀菌活性示意图

图 1. (A, B) UCNPs 和 UCNP@PCN 的 SEM 照片。 (C, D) UCNP@PCN@LA-PVDF 的 TEM 和 SEM 图像。 (E-G) UCNP@PCN@LA-PVDF 的元素映射（Yb 为绿色，Zr 为紫色，N 为蓝色）。 (H) UCNP@PCN@LA-PVDF 的能量色散光谱仪 (EDS) 光谱。 （有关此图例中颜色参考的解释，请读者参考本文的网络版本。）

图 2. (A, B) UCNPs、PCN-224、UCNP@PCN 和 UCNP@PCN@LA 的 Zeta 电位和 TGA 曲线

图 3. (A) UCNPs、UCNP@PCN 和 UCNP@PCN@LA 纳米粒子在 980 nm 激光激发下的上转换发光 (UCL) 光谱, (B) UCNPs 的 UCL 光谱和 TCPP 的吸收光谱，这两个光谱的重叠显示为蓝色。 （有关此图例中颜色参考的解释，请读者参考本文的网络版本。）

图 4. (A) 近红外激光照射（功率 = 0.5 W）后 UCNP@PCN@LA-PVDF 中 DPBF 吸收光谱的变化。 (B) DPBF 在 410 nm 处的吸收强度作为不同样品的时间函数。 (C) 不同组的 NO 释放：UCNP@PCN@LA-PVDF + NIR、UCNP@PCN@LA-PVDF 和 UCNP@PCN-PVDF + NIR。 (D) UCNP@PCN@LA-PVDF 在重复开/关 NIR 照射下没有释放。

图 5. (A) 不同组铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的表面（接触模型）抗菌活性。 (B) 不同组中铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的空间（附近模型）抗菌活性。

图 6. (A) 附着在不同膜上的铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的 SEM 图像，经过/不经过 NIR 处理（插图比例尺为 500 nm）。 (B) 附着在不同膜处理的 PET 薄膜上的铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的 CLSM 图像。 (C) NO辅助PDT抗菌策略的说明机制。

图 7. (A) 不同处理 0、1、3、5 和 7 天后感染伤口的代表性照片（比例尺为 2.5 mm）。 (B) 在第 2 天从小鼠伤口中分离出的细菌。(C) 随着时间的推移评估相对伤口面积。 (D) 不同处理 0、1、3、5 和 7 天后受感染小鼠的体重变化

图 8 不同组治疗后（A）H&E和（B）Masson''s trichome染色皮肤组织的显微照片，蓝色箭头表示毛囊，黄色箭头表示炎症细胞，红色箭头表示新形成的血管. （有关此图例中颜色参考的解释，请读者参考本文的网络版本。）

  总之，我们展示了一种 NIR 光诱导的纳米复合膜，该膜具有来自 PDT 和 NO 的高效协同抗菌作用。在一步近红外光照射下，所得的 UCNP@PCN@LA-PVDF 产生足够的 ROS，既可以作为 PDT 中的杀菌剂，又可以通过与膜中的 LA 反应触发 NO 的产生。与仅在 NIR 照射下产生 ROS 的 UCNP@PCN-PVDF 相比，UCNP@PCN@LA-PVDF 显示出显着增强的杀菌性能。其机制主要取决于生成的 NO 具有比 ROS 更大的扩散长度，如“接触模型”和“附近模型”抗菌测试所示。此外，这种 NO 辅助的 PDT 膜可以抵抗炎症并加速伤口愈合，这是由于 NO 具有显着的协同抗菌性能和促进角质形成细胞增殖和成纤维细胞迁移的能力。细胞毒性测定表明，纳米复合膜对哺乳动物细胞具有高细胞相容性。总体而言，这种 NIR 诱导的 NO 辅助 PDT 纳米复合膜可以作为安全可控的生物医学平台，用于对抗各种病原菌污染和伤口感染。