基于环丙沙星的锌掺杂碳点模拟过氧化物酶活性及其对大肠杆菌和生物膜的协同抗菌机制

针对革兰阴性菌（G? ）耐药性及生物膜清除难题，昆明理工大学团队设计了一种新型环丙沙星嫁接锌掺杂碳点（CIP@Zn/CDs）。该纳米酶兼具过氧化物酶（POD）样活性和正电表面特性，通过催化产生活性氧（•OH）破坏细菌膜结构，并协同Zn2+ 与环丙沙星（CIP）实现多重抗菌机制，为替代抗生素提供了新策略。

　　

研究背景
抗生素耐药性（AMR）已成为全球公共卫生危机，其中革兰阴性菌（G^?
）因外膜脂多糖（LPS）屏障和生物膜形成能力尤为棘手。大肠杆菌（E. coli）作为典型食源性病原体，其耐药株（如AREC）和生物膜导致临床感染死亡率攀升。传统抗生素因滥用加速耐药性蔓延，而纳米酶因其催化产生活性氧（ROS）的特性成为潜在解决方案。然而，现有纳米酶对G^?
菌的穿透力和生物相容性不足，亟需开发兼具高效抗菌与生物安全性的新型材料。

研究概述
昆明理工大学团队在《International Biodeterioration》发表研究，通过微波法合成环丙沙星嫁接锌掺杂碳点（CIP@Zn/CDs），平均粒径3.46 nm，表面带正电荷（+9.18 mV）。该材料融合了锌纳米颗粒（Zn-NPs）的抗菌性、碳点（CDs）的POD样活性和环丙沙星（CIP）的靶向作用，通过多重机制协同杀灭E. coli和AREC，并破坏生物膜。

关键技术方法

1. 微波合成法：以CIP和Zn(NO₃
   )₂
   ·6H₂
   O为前体一步制备CIP@Zn/CDs；
2. 表征技术：透射电镜（TEM）分析粒径，X射线衍射（XRD）验证石墨碳结构；
3. 抗菌实验：通过荧光染色（SYTO-9/PI）评估膜完整性，TMB法检测POD样活性；
4. 生物膜清除：结晶紫染色定量生物膜，静电相互作用分析穿透机制。

研究结果

1. 材料特性：CIP@Zn/CDs具有0.22 nm晶格间距（对应石墨碳（002）晶面），POD样活性催化H₂
   O₂
   生成•OH；
2. 抗菌机制：正电表面通过静电作用吸附细菌膜，改变膜通透性；•OH降解胞外DNA（eDNA），协同Zn²⁺
   和CIP导致内容物泄漏；
3. 生物膜清除：超小尺寸穿透生物膜基质，破坏膜结构并杀灭内部细菌；
4. 选择性抗菌：对G^?
   菌效果显著，且生物相容性良好。

结论与意义
该研究首次将CIP、Zn²⁺
与碳点纳米酶特性整合，提出“催化-静电-协同”三重抗菌模式。CIP@Zn/CDs不仅克服了传统抗生素耐药性问题，其POD样活性和生物膜清除能力为G^?
菌感染治疗提供了新思路。未来可拓展至食品保鲜和医疗器械涂层领域，推动纳米酶临床转化。