我校联合培养研究生在《Applied Catalysis B: Environmental》发表论文

近日，我校化工與质料學院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，相关结果以“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。

抗生素濫用導致的細菌耐藥問題一直都是一個世界難題，也是威脅全球公衆康健的重要隱患。全球每年約70萬人的死亡都與細菌耐藥性相關，如不接纳有效措施，到2050年這一數字將增長到1000萬。抗生素濫用常導致耐藥菌乃至“超級細菌”的産生，好比綠膿杆菌和金黃色葡萄球菌等。此外抗生素的濫用還會造成嚴重的環境汙染。針對耐藥菌需要不斷開發新的抗菌藥物，但對濫用問題幫助不大，因此開發高效殺菌、環境友好並制止耐藥性産生的新型抗菌劑迫在眉睫。納米酶的出現，特別是具有類過氧化物酶活性的納米酶表現出的優越抗菌活性，爲解決耐藥細菌的危害提供了新战略。

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相助，设计了一种哑铃状Au@CeO₂雜化納米酶质料，在近紅外光的激發下利用Au的等離激元共振效應實現了對Au@CeO₂類過氧化物酶活性的優化。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，在近红外光引发后该质料体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体现出显著增强的广谱抗菌活性，制止了抗生素的使用和耐药菌的发生。他们利用时间分辨瞬态吸收光谱和原位XPS技术对等离激元引发载流子行为进行监测，最终确定了由等离激元效应发生的热电子从Au NRs转移到CeO₂中，導致Ce⁴⁺還原爲Ce³⁺，使Ce³⁺/Ce⁴⁺價態組成發生變化，這被認爲是類酶和抗菌活性增強的主要原因。該研究不僅爲近紅外光增強納米酶活性提供了新的設計方案，而且還構建了能使等離激元效率最大化的雜化納米結構，在催化和抗菌領域具有重要應用。

該研究获得了國家自然科學基金、河南省高層次人才特殊支持計劃和河南省高校科技創新團隊等項目的支持。劉闖（我校2014級本科生，現爲鄭州大學研究生，指導老師何偉偉教授）爲該論文第一作者，鄭直教授、何偉偉教授和中國科學院大學溫州研究院周雲龍研究員爲該論文的配合通訊作者。劉闖同學從大二開始進入實驗室，積極參加“质料之星”培育計劃，是我校實施“OPCE”育人體系的典型案例之一。近年來，我校構建了開放、實踐、創新的OPCE育人模式，開設了《開放平台創新實踐課程》，制定了“质料之星”創新人才培育計劃，本著“教學與科研並舉，創新與實踐相長”的理念已經培養了一批具有創新實踐能力的本科生，爲探索應用型大學的科教融合提供了很好的案例。

圖：等離激元效應增強Au@CeO₂雜化納米結構质料類酶和抗菌活性機理圖