超低剂量Cu2O/ZIF-8异质结中Cu(I)的界面稳定化作用，实现病原体的快速高效基因组破坏

Cu?O/ZIF-8异质结催化剂在低能耗条件下快速灭活病原体，15分钟内5μg/mL用量即可完成。异质结界面费米能级平衡稳定Cu?，促进光生电荷分离及超氧根离子（•O??）高效生成，通过破坏细胞膜、诱导DNA断裂实现灭活。转录组分析揭示其通过抑制DNA修复相关基因、干扰核酸与蛋白质代谢网络，导致病原体不可逆遗传损伤。该研究为高效节能的光催化杀菌提供新机制。

　　

在低能量条件下实现病原体的快速和遗传性光催化失活仍然是一个关键但尚未解决的挑战。在此，我们开发了一种Cu₂O/ZIF-8异质结催化剂，仅需5 μg/mL的浓度，在13瓦发光二极管光源的照射下，15分钟内即可完全使病原体失活。物理化学表征和理论计算表明，异质界面处的费米能级平衡有助于通过形成富电子的界面区域来稳定Cu(I)离子。这种电子调控作用，结合异质结中高效的光诱导载流子分离，显著增强了^•O₂^–的产生。丰富的^•O₂^–能够破坏细胞膜，降低膜通透性，并诱导DNA断裂。转录组分析显示，除了形态损伤外，光催化过程还导致多种生物过程、细胞成分和分子功能的基因表达发生广泛变化。通路富集分析进一步揭示了与遗传物质负调控和DNA修复相关的基因上调，以及参与氨基酸生物合成相关基因的下调。这种转录重编程抑制了调控核酸和蛋白质代谢的关键网络，最终导致病原体的不可逆遗传失活。总体而言，这项工作提供了一种高效节能的策略，可以实现快速彻底的病原体失活，并提供了在遗传层面的机制见解。