纳米酶的自旋态工程调控以增强活性氧（ROS）的生成，从而加速伤口愈合

《Materials Letters》：Spin-state engineering of nanozymes to boost ROS generation for accelerated wound healing

纳米酶活性调控与抗菌应用研究：通过铜掺杂调控CoOOH电子自旋态，从低自旋（LS）转为中自旋（IS），增强过氧化氢酶样活性，促进活性氧（ROS）生成，包括羟基自由基（•OH）、超氧阴离子（O???）和单线态氧（1O?），实现>99.999%的耐药菌杀灭率，并验证其生物相容性及促进伤口愈合的潜力。

　　纳米酶因其在对抗耐药菌方面的潜力而受到广泛关注。然而，目前其活性调控仍依赖于试错方法，缺乏对催化机制的深入理解。本文提出了一种简便的铜掺杂诱导的自旋态转变策略，用于探索CoOOH纳米酶中活性位点的电子态与其酶功能之间的结构-活性关系。通过实验分析发现，铜掺杂有效调控了Co位点从低自旋（LS）状态转变为中间自旋（IS）状态。这种自旋态工程不仅优化了纳米酶的催化性能，还显著提升了活性氧（ROS）的生成效率，从而在可见光照射下实现了高效的ROS产生，对耐药菌具有显著的抗菌效果。

在抗菌性能方面，CuCoOOH纳米酶在12.5 μg/mL的浓度下对ESBL产生型大肠杆菌的清除率超过99.9999%，显示出卓越的抗菌能力。同时，其生物相容性良好，对成纤维细胞（L929）的细胞毒性实验表明，CuCoOOH在不同浓度下均未显著影响细胞存活率。此外，通过细胞划痕实验，发现CuCoOOH在可见光照射下显著促进了细胞迁移，进一步验证了其在促进伤口愈合方面的潜力。

在生物体内，CuCoOOH表现出良好的安全性。通过尾静脉注射后，对小鼠的血液和主要器官（心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏）进行毒性评估，结果显示其对肝肾功能无明显影响。组织病理学分析表明，各组小鼠在10天后均未出现器官损伤或组织病变。进一步的溶血试验和全血计数（CBC）试验也确认了CuCoOOH的生物相容性，表明其在生物医学领域的应用前景广阔。

研究还发现，CuCoOOH纳米酶在可见光照射下，不仅增强了在类过氧化物酶（POD-like）反应中的光生电子转移，促进了羟基自由基（•OH）的生成，还能够光催化生成超氧阴离子自由基（O?•?）和单线态氧（1O?）。这些ROS的协同作用显著提升了抗菌效果。同时，CuCoOOH的自旋电子重排使得其催化路径从CoOOH的类过氧化氢酶（CAT-like）活动转变为类过氧化物酶（POD-like）活动，从而优化了其催化性能。

在细胞层面，激光共聚焦显微镜（LCSM）结合荧光染色技术用于评估细胞膜完整性。结果显示，CuCoOOH在可见光照射下对细菌细胞膜的破坏效果显著，表明其通过诱导细胞膜损伤和DNA降解实现抗菌作用。电镜图像进一步揭示了细菌在CuCoOOH纳米酶作用下的形态变化，显示其结构受损，证实了ROS在抗菌过程中的关键作用。

在组织修复方面，研究建立了耐药菌感染的伤口模型，使用6周龄的Sprague-Dawley（SD）大鼠进行实验。结果显示，CuCoOOH/H?O?/光处理组在10天内表现出最显著的伤口闭合和愈合率。组织病理学分析显示，该组在伤口部位表现出减少的炎症细胞浸润、良好的肉芽组织形成以及完整的表皮层，进一步支持其促进组织修复的能力。同时，免疫组织化学分析显示，CuCoOOH/H?O?/光处理组中肿瘤坏死因子α（TNF-α）的表达最低，表明炎症反应已被有效缓解，同时血管内皮生长因子α（VEGFα）和CD31的表达显著增加，说明其具有促进血管生成的能力，有助于加速伤口愈合。

综上所述，本文通过铜掺杂诱导的自旋态转变策略，成功调控了CoOOH纳米酶的活性位点，使其从低自旋状态转变为中间自旋状态，从而显著提升了其催化性能和ROS生成效率。CuCoOOH不仅表现出卓越的抗菌效果，还在促进伤口愈合方面展现出良好的生物相容性和安全性。这一研究为开发新型的耐药菌感染治疗手段提供了理论依据和实验支持，具有重要的临床应用价值。