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抗菌耐药（AMR）成为全球重大健康难题，研究人员开展双金属纳米颗粒（NPs）抗菌研究。通过激光消融和再辐照制备 Pd/CuO NPs，其对金黄色葡萄球菌有显著抑制作用且对成纤维细胞无毒性，为抗菌治疗提供新方向。
在全球健康领域，抗菌耐药（AMR）犹如一颗毒瘤，肆意生长，给人类带来了巨大的挑战。自 2010 年起，抗菌药物的滥用使得细菌耐药性问题日益严重，新的高效药物却又十分匮乏。2019 年，全球有 495 万人的死亡与 AMR 相关，若不加以控制，预计到 2050 年，每年因 AMR 导致的死亡人数将飙升至 1000 万，远超癌症、糖尿病和交通事故造成的死亡人数，全球经济也将为此付出 100 万亿美元的惨重代价，平均每三秒就会有一人因 AMR 丧生。
在这样严峻的形势下，寻找新型抗菌手段迫在眉睫。贵金属纳米颗粒（NPs）因其独特的物理化学和生物学特性，如较大的表面积 / 体积比赋予的高反应性，以及能通过多种机制杀死细菌，使细菌难以产生耐药性等优点，成为了科研人员关注的焦点。然而，单一金属纳米颗粒在应用中存在诸多局限性，比如银纳米颗粒虽杀菌活性出色，但细菌反复接触后可能产生耐药性；铜纳米颗粒虽抗菌性能良好，却具有一定的细胞毒性。
为了克服这些问题，来自国外的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Applied Surface Science Advances》上。研究人员致力于通过一种新颖的方法制备双金属 Pd/CuO 纳米颗粒，并探究其抗菌性能和细胞毒性。
研究人员采用了激光消融（LASL）和激光再辐照两项关键技术。首先，利用激光消融分别制备出铜 / 氧化铜（Cu/CuO）和钯（Pd）的单金属纳米颗粒溶液。在这个过程中，将金属靶材置于装有超纯去离子水的容器中，激光束经聚焦后作用于金属靶材表面，通过精确控制激光参数，如波长、脉冲持续时间、能量等，实现纳米颗粒的制备。随后，将这两种单金属纳米颗粒溶液混合，再对混合溶液进行多次激光再辐照，从而获得双金属 Pd/CuO 纳米颗粒。
在研究结果方面：
- 形貌和尺寸分布：通过透射电子显微镜（TEM）观察发现，所有纳米颗粒均呈圆形，且有团聚形成链状结构的趋势。这是由于激光消融过程中，激光与靶材相互作用，使靶材表面物质瞬间熔化、汽化并喷射出来，在液体环境中冷却形成纳米颗粒，该过程受激光参数和靶材、溶剂特性影响。同时，研究发现所有合成的纳米颗粒都很小，平均尺寸不超过 10nm。其中，铜纳米颗粒因对激光的吸收特性，在制备过程中激光能量被部分吸收，导致最终形成的纳米颗粒尺寸更小。而经过再辐照的纳米颗粒，其平均尺寸比单金属纳米颗粒更大，这可能是因为再辐照过程中，激光能量使部分纳米颗粒汽化后重新凝聚、合金化，从而使尺寸增大。
- 晶体学和组成：利用 X 射线衍射（XRD）、选区电子衍射（SAED）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和能量色散光谱（EDS）等多种技术对纳米颗粒的晶体结构和组成进行分析。结果表明，激光消融制备的铜纳米颗粒存在明显氧化，主要为单斜晶系的 CuO；钯纳米颗粒则为金属态。再辐照后的样品中出现了一种新的相 —— 四方晶系的 Cu3Pd 合金，这是由于激光再辐照使钯和氧化铜纳米颗粒部分汽化后反应、成核，形成了稳定的 L12型有序超结构。此外，UV-Vis 光谱分析显示，再辐照后的双金属纳米颗粒溶液稳定性良好，不易团聚或降解，这得益于铜 / 氧化铜纳米颗粒与钯纳米颗粒结合形成的稳定结构。
- 抗菌活性：将不同的纳米颗粒固定在商业纯钛（grade 2）圆盘表面，以金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）为研究对象进行抗菌实验。结果显示，Cu/CuO 纳米颗粒和再辐照后的 Pd/CuO 纳米颗粒对金黄色葡萄球菌均有明显的抗菌效果，而 Pd 纳米颗粒抗菌活性不显著。与单独的 Cu/CuO 纳米颗粒相比，Pd/CuO 纳米颗粒的抗菌效果虽有所降低，但从细胞毒性角度来看可能更为有利。与其他文献中报道的银、金、铜和钯纳米颗粒的抗菌效果相比，Pd/CuO 纳米颗粒的抗菌活性与铜和氧化铜纳米颗粒相当，在某些情况下甚至可与银纳米颗粒媲美。不过，研究人员也指出，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌结构不同，对纳米颗粒的反应也不同，后续还需对革兰氏阴性菌进行类似研究。
- 离子释放测量：研究人员对固定在钛圆盘上的纳米颗粒进行离子释放动力学研究，发现铜离子释放速率与纳米颗粒的抗菌效果密切相关。Cu/CuO 纳米颗粒的铜离子释放速率几乎是再辐照后的 Pd/CuO 纳米颗粒的两倍，这表明钯纳米颗粒与铜纳米颗粒结合形成合金后，会阻碍铜离子的释放。综合抗菌实验结果，说明纳米颗粒的抗菌效果可能并非主要由尺寸决定，而是受离子释放动力学的影响较大。
- 细胞毒性测定：使用人包皮成纤维细胞（HFF-1）进行细胞毒性实验，结果显示所有样品均无细胞毒性。但 Cu/CuO 纳米颗粒在长期作用下，可能对成纤维细胞有一定毒性，细胞活力在 24 小时后相比 6 小时下降了 30%。而再辐照后的 Pd/CuO 纳米颗粒与钯纳米颗粒类似，细胞活力在 24 小时后有所提高，表明双金属 Pd/CuO 纳米颗粒能改善铜对细胞的生物学反应，对健康组织无损害。
综上所述，研究人员通过激光消融和激光再辐照成功制备出双金属 Pd/CuO 纳米颗粒，该纳米颗粒具有良好的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌有显著抑制作用，同时对健康细胞无毒性。此外，其抗菌效果与铜离子释放动力学相关，且铜离子释放可通过双金属纳米颗粒的协同作用进行调节。这项研究为抗菌治疗提供了新的选择，有望在临床治疗人类皮肤疾病等领域发挥重要作用。不过，研究人员也指出，目前的研究还需要进一步扩大样本量和延长处理时间，以确定其在临床和商业化方面的可行性。尽管如此，该研究成果依然为解决抗菌耐药问题带来了新的曙光，为后续相关研究奠定了坚实的基础。
