金属氧化物纳米颗粒与碳量子点复合微结构增强抗真菌性能的新策略及其在医疗应用中的潜力

本研究针对当前抗真菌药物耐药性严重、医疗设备相关真菌感染难治等问题，创新性地通过绿色合成法制备了MgO/ZnO纳米颗粒和植物源碳量子点（CDs），并利用2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑（DMcT）功能化微孔板构建了具有波浪状锐利微结构的复合涂层。研究发现，这种独特的原子级尖锐针状结构能有效抑制白色念珠菌（Candida albicans）生物膜形成，其机制涉及物理穿刺破坏和活性氧（ROS）生成的协同作用。该研究为开发新型抗真菌涂层材料提供了理论依据和技术路径，在医疗器械抗感染领域具有重要应用价值。

　　

在当今医疗实践中，白色念珠菌（Candida albicans）引起的感染已成为严峻挑战。这种机会性真菌不仅导致口腔、皮肤和血液感染，更能在导管、假体等医疗器械表面形成顽固生物膜，造成高达50%的死亡率。传统抗真菌药物面临耐药性增强、副作用明显等问题，而纳米材料因其独特的物理化学性质，正成为对抗微生物感染的新希望。然而，现有纳米抗菌材料普遍存在制备过程污染大、稳定性差、作用机制不明确等瓶颈。

针对这一系列问题，印度Madan Mohan Malaviya科技大学（MMMUT）凝聚态物理与纳米科学研究实验室的Satya Pal Singh团队联合全印度医学科学研究所微生物学系，在《Scientific Reports》发表了一项突破性研究。研究人员创新性地将绿色合成的金属氧化物纳米颗粒与植物源碳量子点相结合，通过表面功能化技术构建出具有特殊微结构的抗真菌涂层，为解决医疗器械相关真菌感染提供了新思路。

研究采用多种关键技术方法：通过水热法和热解法绿色合成MgO/ZnO纳米颗粒和碳量子点；利用DMcT对聚苯乙烯微孔板进行表面功能化；采用晶体紫生物膜检测法评估抗真菌效果；结合SEM、FTIR、XRD等多种表征手段分析材料特性。研究对象包括从临床样本分离的三株白色念珠菌。

研究结果部分，"傅里叶变换红外光谱分析"证实了DMcT与纳米颗粒的成功结合，在3431 cm^-1处出现O-H伸缩振动峰，645 cm^-1处出现Mg-O-Mg键特征峰。"高分辨X射线衍射"显示MgO NPs呈立方结构（JCPDS 89-7746），平均晶粒尺寸40.96 nm；ZnO NPs符合纤锌矿结构（JCPDS 36-1451），尺寸27.18 nm。"动态光散射与Zeta电位"测定显示碳量子点具有负表面电荷（-18.6 mV），有利于与带正电的病原体相互作用。"紫外-可见-近红外吸收光谱"测得MgO NPs带隙5.32 eV，ZnO NPs带隙4.59 eV，碳量子点带隙2.93-3.16 eV。"扫描电镜分析"观察到功能化表面形成了独特的原子级尖锐针状（5-8 μm）和锯齿状微结构，这种结构被认为能物理性破坏真菌细胞膜。

在"抗真菌性能研究"部分，晶体紫检测显示：8 mg/25 mL浓度的MgO NPs涂层对三株临床分离株均表现出显著抑制效果（p<0.05）；ZnO NPs在6 mg/25 mL浓度时抑制效果最佳；碳量子点中，纯浓度（5 mL）的迷迭香提取物CDs抑制效果最为突出。研究特别指出，DMcT功能化表面形成的锐利微结构使抗真菌效果提升3-5倍，这归因于：增大的表面积提供了更多活性位点；锐利边缘物理性刺穿真菌细胞；表面电荷增强与病原体的相互作用。

研究结论部分强调，这种通过可控蒸发诱导自组装形成的复合微结构，首次实现了物理破坏与化学抑制的协同抗真菌机制。与既往研究相比，该工作的创新性体现在：开发了环境友好的植物提取物合成路线；通过表面功能化解决了聚苯乙烯基材的惰性问题；发现的锐利微结构增强效应为设计新型抗菌表面提供了新范式。该技术可扩展应用于导管、植入物等医疗器械的抗感染涂层，在预防医院获得性感染方面具有重要临床意义。研究还建议未来可探索这种微结构对细菌、病毒的广谱抑制作用，并优化大规模生产工艺。