中科院宁波材料所王宇辉和郑建萍研究团队发展了一种单分散Cu(II)掺杂碳点(Cu-CDs)的微波碳化合成方法，所制备的Cu-CDs具有优异的水溶性和生物相容性性，特别地，其独特的类过氧化物酶特性，可诱导细菌发生氧化应激，表现出广谱且高效的抗菌活性。

抗生素滥用及由此引发的细菌耐药等问题，对全球公众卫生健康提出严峻挑战。纳米材料与技术的蓬勃发展为微生物感染诊疗提供了全新的应对策略。与传统抗生素相比，纳米抗菌剂包括阳离子聚合物、纳米金属及其氧化物等表现出更为优异的膜渗透性和抗菌活性。然而，复杂的制备与修饰步骤，以及对正常细胞的高毒性等诸多不足限制了此类抗菌材料的实用性。因而，发展兼具优异生物相容性与广谱高效活性的纳米抗菌剂尤为迫切。

针对上述问题，研究团队选取小尺寸、生物相容性优异的碳点为功能基元，同时集成Cu(II)的类芬顿催化特性，采用微波碳化的原位掺杂技术制备了Cu-CDs。通过TEM、FTIR、XPS、ICP-MS等手段表征其形貌尺寸、结构组成与表面状态。进一步，通过TMB显色反应验证Cu-CDs的模拟过氧化物酶特性；采用对羟基苯甲酸荧光探针及电子顺磁光谱技术验证Cu-CDs催化H₂O₂的产物为羟基自由基。细胞增殖及活体生化（肝/肾常规）测试结果证实Cu-CDs细胞毒性较低，具有优异的活体安全性。抗菌活性测试结果表明Cu-CDs对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）均具有较好的抗菌活性，在7.5 µg/mL 和35 µg/mL时，对上述细菌的抑制率分别达到99%和95%以上。

结合Cu-CDs处理细菌前后的SEM、ROS/GSH浓度水平以及全基因组DNA凝胶电泳等实验结果，作者推测酸化后的小尺寸Cu-CDs可以有效渗透进入细菌胞内，利用弱酸微环境催化内源性H₂O₂生成羟基自由基，同时会氧化GSH生成GS-SG，打破胞内氧化还原平衡，导致氧化应激发生及细菌的破壁与死亡。本研究推进了碳点在抗菌领域的应用，并为微环境响应型纳米抗菌剂的设计提供新策略。后续工作将致力于Cu-CDs与细菌的相互作用研究以及抗伤口感染应用。

论文信息：

Peroxidase-Mimetic Copper-doped Carbon-Dots for Oxidative Stress-Mediated Broad-Spectrum and Efficient Antibacterial Activity

Yuhui Wang, Jiechen Yao, Zhanglei Cao, Pan Fu, Chen Deng, Shifeng Yan, Shuai Shi, and Jianping Zheng

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202104174