《Results in Chemistry》：Antibacterial and antibiofilm effects of ag?O, TiO?, and TiO?/ag?O nanocomposite: A dual-action nanomaterial against foodborne pathogen
Listeria monocytogenes
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针对兼性胞内病原体、李斯特菌病病原体单核细胞增生李斯特菌（*Listeria monocytogenes*），研究人员已在食品接触环境中鉴定出对抗生素和消毒剂耐药的菌株。假说/空白陈述：金属氧化物纳米颗粒（NPs）是有效的抗菌和抗生物膜制剂，有望成为对抗单核细
针对兼性胞内病原体、李斯特菌病病原体单核细胞增生李斯特菌（*Listeria monocytogenes*），研究人员已在食品接触环境中鉴定出对抗生素和消毒剂耐药的菌株。假说/空白陈述：金属氧化物纳米颗粒（NPs）是有效的抗菌和抗生物膜制剂，有望成为对抗单核细胞增生李斯特菌耐药菌株的候选方案。目的：本研究探讨TiO?/Ag?O纳米复合材料对食源性病原体单核细胞增生李斯特菌的抗菌和抗生物膜效应。研究人员首次在本地区对从乳制品中分离的单核细胞增生李斯特菌菌株进行了生物膜形成能力检测及其对表征纳米颗粒的响应评估。这些纳米颗粒经确认的有效性提示其作为食品工业靶向抗菌制剂的潜在应用价值。方法：研究人员通过SEM、TEM、DLS、Zeta电位、XRD、EDS、Map和FT-IR方法合成并评估了NPs的特性，随后通过肉汤微量稀释法测定最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC），采用结晶紫法评估生物膜抑制能力，并利用MTT试验评价NPs的细胞毒性。结果：使用L929细胞系的MTT试验细胞毒性测定显示，Ag?O、TiO?和TiO?/Ag?O NPs的半数抑制浓度（IC??）值分别为82、350和260 μg/mL。对于TiO?/Ag?O纳米复合材料、Ag?O NP和TiO? NP，其作为MIC的最低NPs浓度分别为39.06 μg/mL、19.53 μg/mL和78.125 μg/mL。TiO?/Ag?O纳米复合材料、Ag?O NP和TiO? NP对单核细胞增生李斯特菌生物膜形成能力的平均降低率分别为38.1807%、53.0417%和35.2843%。结论：结果表明，金属氧化物NPs及纳米复合材料对单核细胞增生李斯特菌分离株表现出良好的抗菌效果；此外，这些NPs的抗生物膜特性在预防单核细胞增生李斯特菌生物膜形成方面具有显著作用。
金属氧化物纳米材料对单核细胞增生李斯特菌的抗菌与抗生物膜研究——论文解读
单核细胞增生李斯特菌（*Listeria monocytogenes*）是一种兼性胞内病原体，也是李斯特菌病的病原体，该病是一种严重食源性疾病，在高危患者中死亡率可达20%–30%，并可能导致流产等严重并发症。该菌在自然界中广泛分布，能够在高盐浓度、低pH值和冷藏温度等不利环境条件下长期存活，并可在食品加工工具和表面形成生物膜，从而造成持续的食品污染。欧洲疾病预防与控制中心（ECDC）报告显示，2017年30个国家共诊断2502例李斯特菌病，且病例数量仍在增加。更为严峻的是，食品加工环境中已鉴定出对抗生素和消毒剂耐药的菌株，例如对基于季铵盐化合物（QACs）的消毒剂苯扎氯铵（BAC）产生耐药性的菌株，其耐药相关遗传元件如Tn6188转座子上的*qacH*基因已被确认。传统抗菌策略面临严峻挑战，亟需开发新型、高效的抗菌策略。金属氧化物纳米颗粒（NPs）因其固有的抗菌性能成为备受关注的研究方向，但银纳米颗粒（AgNP）在实际应用中存在稳定性差、易聚集和毒性较高等问题。将Ag与TiO?等材料复合形成纳米复合材料，不仅有助于改善银NPs的稳定性，还能降低其毒性和聚集倾向，同时赋予材料光催化等额外功能。本研究首次对当地乳制品中分离的单核细胞增生李斯特菌菌株进行了生物膜形成能力检测，并系统评价了Ag?O、TiO?及TiO?/Ag?O纳米复合材料的抗菌活性、抗生物膜活性和细胞毒性。
研究人员采用溶胶-凝胶法和化学沉淀法分别合成了TiO? NPs和Ag?O NPs，并通过超声辅助沉积法制备了TiO?/Ag?O纳米复合材料。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、动态光散射（DLS）、Zeta电位分析、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、能量色散X射线光谱（EDS）及元素分布（Map）分析对纳米材料的形貌、尺寸、晶体结构、化学组成和胶体稳定性进行了全面表征。抗菌活性通过肉汤微量稀释法测定最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC）来评估；抗生物膜活性采用结晶紫（CV）染色法测定；细胞毒性通过MTT法以L929小鼠成纤维细胞系进行评估。受试菌株包括10株从乳制品中分离的本地菌株及标准菌株ATCC 7644。研究人员在合成纳米颗粒后，依次进行了材料表征、细胞毒性检测、抗菌活性测定和抗生物膜活性评价。
研究结果显示，在纳米颗粒表征方面，SEM和TEM观察显示TiO? NPs呈类球形颗粒，平均尺寸约20–76 nm；Ag?O NPs呈不规则多面体结构，平均尺寸约13–33 nm；TiO?/Ag?O NPs则兼具类球形与不规则多面体形貌，平均尺寸约44–93 nm，且Ag?O NPs均匀分散在TiO?表面。DLS分析表明TiO?/Ag?O纳米复合材料在水介质中存在两个明显粒子群体，主颗粒尺寸约90 nm，聚集体尺寸范围为510–716 nm。Zeta电位测定显示该纳米复合材料在水介质中（pH=5.11，26.04°C）的平均值为?28.0 mV，表明颗粒间存在足够的静电排斥力，胶体具有平均稳定性，适合光催化和抗菌应用。XRD分析证实TiO?/Ag?O纳米复合材料由立方相Ag?O和四方相锐钛矿TiO?组成，TiO?主峰位于25.50°，其半高宽（FWHM=0.7872°）表明粒径约为15 nm；Ag?O NPs和TiO? NPs的衍射峰分别与JCPDS 00-041-1104和01-077-0441卡片吻合。FT-IR光谱确认了Ti-O-Ti和Ag-O等关键化学键的存在，其中TiO?/Ag?O复合材料中Ag?O与TiO?网络的相互作用导致了特征峰位移和羟基峰增宽。EDS和元素分布分析验证了TiO?/Ag?O纳米复合材料的化学组成及其元素分布的均匀性。
在MTT细胞毒性方面，以L929细胞系为模型的研究结果显示，Ag?O、TiO?和TiO?/Ag?O NPs的半数抑制浓度（IC??）分别为82、350和260 μg/mL，表明TiO?/Ag?O纳米复合材料相较于单独Ag?O NPs具有更低的细胞毒性，即与TiO?复合可减轻Ag?O的毒性效应。在抗菌活性方面，Ag?O NPs对所有受试单核细胞增生李斯特菌菌株的MIC均为19.53 μg/mL，MBC为39.06 μg/mL；TiO?/Ag?O纳米复合材料的MIC范围为39.06–78.125 μg/mL，MBC范围为39.06–156.25 μg/mL；TiO? NPs的MIC范围为78.125–156.250 μg/mL，MBC范围为156.25–312.50 μg/mL。可见Ag?O NPs的抗菌活性最强，TiO? NPs最弱，TiO?/Ag?O纳米复合材料介于两者之间。在抗生物膜活性方面，结晶紫法评估显示受试菌株中2株无生物膜形成能力，4株为弱生物膜形成菌，3株为中等生物膜形成菌，1株为强生物膜形成菌。在MIC和亚MIC（1/2 MIC）浓度下，三种NPs均能抑制生物膜形成，且抑制效果呈浓度依赖性（P<0.05）。Ag?O NPs的平均生物膜形成抑制率最高（53.04%），其次为TiO?/Ag?O纳米复合材料（38.18%），TiO? NPs最低（35.28%）。最高抑制率出现在MIC浓度的Ag?O NPs处理ATCC 7644标准株时，达88.44%。
在讨论部分，研究人员指出单核细胞增生李斯特菌对多种β-内酰胺类和头孢菌素类抗生素存在天然耐药性，对三类及以上抗生素耐药的多重耐药菌株已对公共健康构成严重威胁。金属氧化物NPs产生自由基、损伤细菌细胞膜、DNA和蛋白质，并通过与生物膜组分相互作用使生物膜失稳。既往研究亦证实银基NPs具有优于其他金属氧化物的抗菌活性，与本研究中Ag?O NPs的MIC低于TiO? NPs的结果一致；TiO?与银复合后可增强抗菌效率，与本研究中复合材料的差异化抗菌表现相符。不同李斯特菌分离株生物膜形成能力的差异也与文献报道一致。在细胞毒性方面，TiO?基复合物毒性低于单独Ag NPs的结论与Magdalena等的研究结果相符。
研究结论指出，本研究成功合成并表征了Ag?O、TiO?及TiO?/Ag?O纳米颗粒，平均粒径为46.5 nm。Ag?O NPs的MIC为19.53 μg/mL，TiO? NPs的MIC为156.25 μg/mL，TiO?/Ag?O纳米复合材料表现出增强的杀菌功效。在亚MIC浓度下，所有NPs均能有效减少生物膜形成，表明其作为抗生物膜制剂的应用潜力。MTT检测结果证实，银NPs与钛NPs复合后细胞毒性得到缓解。尽管仍需要进一步研究以确认其对人类和环境的安全性，但本研究证实，在受控浓度下，这些NPs悬浮液是有效且具有成本效益的抗菌和抗生物膜制剂，有望应用于食品工业表面涂层以防止病原菌污染，并可配制成新型消毒剂。
