金沙官网联合培养研究生在《Applied Catalysis B: Environmental》发表论文

近日，金沙官网化工与材料学院2021届联合培养硕士研究生刘闯在近红外光调控纳米酶活性用于抗菌方面取得阶段性研究进展，相关成果以“NIR enhanced peroxidase-like activity of Au@CeO₂hybrid nanozyme by plasmon-induced hot electrons and photothermal effect for bacteria killing”为题发表在催化科学领域Top期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（2021, 295, 120317; DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120317），影响因子为16.68。

抗生素滥用导致的细菌耐药问题一直都是一个世界难题，也是威胁全球公众健康的重要隐患。全球每年约70万人的死亡都与细菌耐药性相关，如不采取有效措施，到2050年这一数字将增长到1000万。抗生素滥用常导致耐药菌乃至“超级细菌”的产生，比如绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌等。此外抗生素的滥用还会造成严重的环境污染。针对耐药菌需要不断开发新的抗菌药物，但对滥用问题帮助不大，因此开发高效杀菌、环境友好并避免耐药性产生的新型抗菌剂迫在眉睫。纳米酶的出现，特别是具有类过氧化物酶活性的纳米酶表现出的优越抗菌活性，为解决耐药细菌的危害提供了新策略。

刘闯同学在何伟伟教授指导下围绕纳米酶活性的调控与应用开展研究（Nanoscale, 2020, 12, 3068-3075）。针对上述问题，他们与中国科学院大学温州研究院周云龙研究员合作，设计了一种哑铃状Au@CeO₂杂化纳米酶材料，在近红外光的激发下利用Au的等离激元共振效应实现了对Au@CeO₂类过氧化物酶活性的优化。得益于Au@CeO₂杂化纳米酶的特定结构和近红外光响应的等离激元效应，在近红外光激发后该材料表现出显著增强的类过氧化物酶活性。重要的是，在不需要使用任何抗生素的情况下，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌表现出显著增强的广谱抗菌活性，避免了抗生素的使用和耐药菌的产生。他们利用时间分辨瞬态吸收光谱和原位XPS技术对等离激元激发载流子行为进行监测，最终确定了由等离激元效应产生的热电子从Au NRs转移到CeO₂中，导致Ce⁴⁺还原为Ce³⁺，使Ce³⁺/Ce⁴⁺价态组成发生变化，这被认为是类酶和抗菌活性增强的主要原因。该研究不仅为近红外光增强纳米酶活性提供了新的设计方案，而且还构建了能使等离激元效率最大化的杂化纳米结构，在催化和抗菌领域具有重要应用。

该研究得到了国家自然科学基金、河南省高层次人才特殊支持计划和河南省高校科技创新团队等项目的支持。刘闯（金沙官网2014级本科生，现为郑州大学研究生，指导老师何伟伟教授）为该论文第一作者，郑直教授、何伟伟教授和中国科学院大学温州研究院周云龙研究员为该论文的共同通讯作者。刘闯同学从大二开始进入实验室，积极参加“材料之星”培育计划，是金沙官网实施“OPCE”育人体系的典型案例之一。近年来，金沙官网构建了开放、实践、创新的OPCE育人模式，开设了《开放平台创新实践课程》，制定了“材料之星”创新人才培育计划，本着“教学与科研并举，创新与实践相长”的理念已经培养了一批具有创新实践能力的本科生，为探索应用型大学的科教融合提供了很好的案例。

图：等离激元效应增强Au@CeO₂杂化纳米结构材料类酶和抗菌活性机理图