新型光诱导抗菌涂层焚烧后的释放特性与细胞毒性研究

为解决公共空间病原体传播问题，研究人员开发了基于疏水碳量子点(hCQDs)和上转换材料(UPC)的光激活抗菌涂层，通过标准化焚烧实验评估其烟雾产物中多环芳烃(PAH)含量及对人肺细胞的促炎反应。结果表明，涂层材料焚烧后未显著增加PAH释放或引起急性肺细胞毒性，为航空等领域安全应用提供了重要依据。

　　

在COVID-19大流行后，公共交通工具等密闭空间成为病原体传播的高风险区域。传统消毒措施依赖化学试剂，存在效率低、刺激性强等问题。光激活抗菌涂层通过产生活性氧(ROS)或紫外光(UV-C)杀灭微生物，但涂层材料在火灾等极端条件下的安全性尚未明确。为此，来自瑞士联邦材料科学与技术研究所(EMPA)等机构的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表论文，系统评估了疏水碳量子点(hCQDs)和上转换器(UPC)涂层在焚烧过程中的潜在危害。

研究采用喷雾涂覆和线棒涂覆技术将hCQDs和UPC分别负载于塑料(PVC/丙烯酸)、纺织品(羊毛/聚酰胺)和木材基材。通过扫描电镜(SEM)和拉曼光谱验证涂层均匀性，电子顺磁共振(EPR)检测单线态氧(¹O₂)生成能力。标准化焚烧平台(ISO 5660)结合气相色谱-质谱(GC-MS)分析多环芳烃(PAH)释放，A549-THP-1共培养肺模型评估细胞毒性，15重细胞因子阵列检测炎症反应。

3.1 涂层表征与功能验证
SEM显示hCQDs以>10 nm颗粒均匀分散，拉曼光谱在1351和1561 cm^-1处特征峰证实其存在。EPR检测证实蓝光(470 nm)照射下hCQDs涂层可持续产生单线态氧，UPC涂层通过甲基蓝光漂白实验验证UV-C发射功能。

3.2 危险烟雾评估
焚烧实验显示，UPC涂层使塑料(PEC)和木材(WEC)的着火时间延迟10-20秒。在线颗粒分析(DMS 500)发现所有样品释放20-100 nm烟尘颗粒，hCQDs涂层样品PAH含量(75 μg/mg)较未涂层样品增加19.3 μg/mg，而UPC涂层未改变PAH释放水平。

3.4 肺细胞暴露模型
定量石英微天平测定显示，塑料焚烧颗粒沉积量(758 ng/cm²)最高。MTS/LDH检测表明，木材和纺织品焚烧颗粒使细胞活力降至80-82%，但涂层材料未加剧毒性。细胞因子阵列检测到IL-8(6000 pg/mL)和MCP-1显著表达，但未引发强烈炎症反应。

3.6 荧光显微镜
共聚焦成像显示THP-1巨噬细胞主动包裹烟尘颗粒，A549上皮细胞形成完整单层，证实细胞模型对颗粒物的生理响应。

该研究首次系统评估了光活性抗菌涂层在极端条件下的安全性。尽管hCQDs可能轻微增加PAH生成，但所有涂层材料均未引发显著急性肺毒性。UPC涂层表现出的阻燃倾向提示其"抗菌-防火"双功能潜力。这些发现为航空内饰等高风险场景的涂层设计提供了关键安全数据，符合欧盟绿色新政(Green Deal)的"安全设计"(SbD)理念。未来需进一步研究长期暴露效应和不同燃烧场景的影响，以全面评估这类新型材料的生命周期安全性。