双单原子FeCo-NC纳米酶协同疗法：高效杀菌与伤口组织再生的创新策略

针对细菌耐药性加剧和传统抗生素疗效下降的难题，南京师范大学团队设计了一种氮掺杂碳负载的双单原子FeCo-NC纳米酶。该材料通过光热疗法(PTT)和化学动力学疗法(CDT)协同作用，对MRSA(99.36%)和大肠杆菌(99.76%)展现超强杀菌效果，同时促进伤口愈合，为抗感染治疗提供新思路。

　　

细菌感染一直是威胁人类健康的重大挑战，尤其是抗生素滥用导致的耐药性问题日益严峻。传统抗生素治疗面临疗效下降、生物膜穿透力不足等瓶颈，亟需开发新型抗菌策略。纳米酶作为模拟天然酶活性的纳米材料，因其高效催化、不易诱发耐药等优势成为研究热点。其中，单原子纳米酶通过最大化原子利用率实现超高催化效率，而双单原子体系更可通过金属协同效应进一步提升性能。

南京师范大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表的研究中，创新性地构建了氮掺杂碳(NC)负载的双单原子FeCo-NC纳米酶。该材料整合了铁(Fe)、钴(Co)单原子位点及Fe-Co双原子位点，通过密度泛函理论(DFT)计算证实其催化活性显著优于单金属体系。实验证明该纳米酶兼具多重酶活性（过氧化物酶POD、氧化酶OXD、谷胱甘肽氧化酶GSHOx），能高效催化H₂
O₂
产生活性氧(ROS)，同时具备优异的光热转换性能(808 nm激光照射下升温达60℃)。

研究采用的主要技术包括：1) 以ZIF-8为前体的两步热解法合成纳米酶；2) 扫描透射电镜(STEM)和X射线吸收精细结构(XAFS)表征原子分散结构；3) 体外抗菌实验评估对MRSA和大肠杆菌的杀灭效果；4) 转录组分析揭示抗菌分子机制；5) 小鼠感染伤口模型验证促愈合作用。

【材料表征】
通过球差校正电镜和X射线光电子能谱(XPS)证实Fe、Co以单原子形式锚定在NC载体上，扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)分析显示Fe-Co配位键的形成。理论计算表明Fe-Co双位点的氧吸附自由能(-2.31 eV)显著低于Fe(-1.58 eV)或Co(-1.72 eV)单位点，解释了其增强的催化活性。

【光热性能】
在808 nm激光照射下，FeCo-NC溶液温度10分钟内升至60℃，光热转换效率达48.7%，优于Fe-NC(38.2%)和Co-NC(42.1%)。这种高效光热效应可直接破坏细菌膜结构。

【化学动力学活性】
FeCo-NC催化H₂
O₂
生成·OH的速率常数(k_cat
)为1.74×10^-2
s^-1
，是Fe-NC(0.98×10^-2
s^-1
)的1.8倍。同时其GSH消耗能力达82.3%，通过破坏细菌抗氧化系统增强杀菌效果。

【抗菌机制】
转录组分析显示FeCo-NC处理后，MRSA中与细胞膜合成(如mraY基因)、能量代谢(ATP合成酶)相关的基因显著下调，导致膜完整性破坏和代谢紊乱。

【伤口愈合】
小鼠模型显示FeCo-NC治疗组7天内伤口收缩率达91%，胶原沉积增加2.3倍。免疫荧光证实其促进巨噬细胞向M2型极化(CD206⁺
细胞占比提升至67%)，显著降低炎症因子TNF-α水平。

该研究通过原子级精准设计实现了多酶活性协同，不仅为耐药菌感染提供了"纳米酶抗生素"替代方案，其促进组织再生的特性更拓展了纳米材料在再生医学中的应用。FeCo-NC的双原子位点调控策略为高性能催化材料设计提供了新范式，其临床转化潜力值得期待。