可见光诱导的Bi2S3量子点与Ag纳米颗粒共敏化TiO2纳米管药物控释平台的构建与抗菌应用

为解决植入术后感染和抗生素耐药性问题，武汉工程大学化工与制药学院研究人员开发了可见光响应的Bi2S3 QDs/Ag NPs共敏化TiO2纳米管双药物控释平台。该平台通过增强可见光吸收和ROS生成，实现91.38%的AMX控释效率，30分钟内对E.coli抗菌率达100%，同时保持优异生物相容性，为精准抗菌治疗提供新策略。

　　

植入物术后感染是临床面临的重大挑战，传统全身抗生素治疗易引发耐药性"超级细菌"感染。钛基植入物表面修饰的纳米药物载体虽能实现局部给药，但现有二氧化钛纳米管(TNTs)光响应药物释放系统依赖紫外光激活，存在组织穿透性差、生物安全性低等局限。如何开发可见光驱动的智能控释系统，同时兼具高效抗菌和生物相容性，成为生物材料领域亟待突破的难题。

武汉工程大学绿色化工过程教育部重点实验室的研究团队创新性地将低毒性的硫化铋量子点(Bi₂S₃ QDs)与抗菌银纳米颗粒(Ag NPs)共修饰于TNTs表面，构建了"光响应层-载药层"双功能平台。该研究通过精确调控纳米结构的光电性能，实现了可见光诱导的药物精准控释与协同抗菌，相关成果发表在材料学期刊《Materials Today Bio》上。

研究采用两步阳极氧化法制备双层TNTs结构，通过连续离子层吸附反应(SILAR)沉积Bi₂S₃ QDs，化学还原法负载Ag NPs。利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)表征材料结构，紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)分析光学性能，高效液相色谱(HPLC)监测药物释放，并采用流式细胞术评估细胞活性。

【3.1 结构表征与分析】

FESEM显示2小时阳极氧化制备的U-TNTs具有最佳管状形貌（直径~100nm）。HRTEM证实Bi₂S₃ QDs（~5nm）和Ag NPs（~8nm）均匀分散在管壁，XRD证实敏化未改变TiO₂锐钛矿晶型。

【3.2 光催化活性】

1Bi₂S₃-4Ag@U-TNTs的MB降解速率常数(k=0.0072 min^-1)是原始TNTs的2.61倍，归因于Ag-Bi₂S₃协同效应拓宽了可见光吸收范围（带隙从3.03eV降至2.16eV）。

【3.5 光电性能】

PL光谱和电化学阻抗(EIS)表明共敏化样品具有最低的电子-空穴复合率，瞬态光电流密度提升3倍，证实异质结结构有效促进了载流子分离。

【3.6 可见光诱导药物释放】

HDTMS修饰使接触角达145°，实现AMX共价负载（20.9μg/cm²）。在可见光下，•O₂^-和•OH破坏疏水层，120分钟内释放效率达91.38%，5次循环后仍保持84%以上。

【3.8 抗菌活性测试】

该平台通过AMX释放、Ag NPs抗菌和ROS攻击三重机制，30分钟内对E.coli实现近100%杀灭，显著优于单一组分(p<0.001)。

【3.9 细胞活性测试】

流式细胞术显示，尽管ROS水平升高，但1Bi₂S₃-4Ag@U-TNTs/L-TNTs处理的ATDC5细胞线粒体膜电位(MMP) depolarization程度低于4Ag@U-TNTs组，证实Bi₂S₃覆盖减少了Ag⁺暴露，维持了89.7%的细胞活性。

该研究开创性地将窄带隙半导体量子点与贵金属纳米颗粒协同敏化策略应用于TNTs改性，突破了传统TiO₂材料的光响应局限。所构建的双层平台通过可见光触发ROS级联反应实现药物精准控释，结合Ag NPs的固有抗菌性，在保证生物安全性的前提下显著提升抗菌效率。这种"光响应-药物释放-协同杀菌"一体化设计，为植入物表面功能化提供了新思路，对解决临床抗生素耐药性问题具有重要转化价值。特别值得注意的是，研究团队通过量子点尺寸控制（<10nm）和Ag NPs表面覆盖率优化，在增强光活性的同时规避了纳米材料的潜在毒性，这一平衡策略为生物医用材料的性能优化提供了范式参考。