卟啉敏化胶体TiO?纳米晶的多机制光化学抗菌研究及碘化物增强效应

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Photosensitized TiO2 nanomaterials for visible-light antimicrobial photodynamic inactivation

　　**摘要**光动力灭活（PDI）可利用分子光敏剂的光化学反应和半导体介导的氧化还原过程，而生物活性则取决于这些机制在材料-微生物界面处的作用方式。研究团队使用5,10,15,20-四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）、5,10,15,20-四（4-羟基苯基）卟啉（THPP）、其锌（II）配合物（ZnTHPP）或贯叶黄素（Hyp）对胶体纳米晶TiO?（qTiO?）进行表面敏化。游离卟啉是高效的单线态氧敏化剂，TCPP、THPP和ZnTHPP的单线态氧产率ΦΔ分别为0.7、0.5和0.4。与qTiO?结合后，卟啉荧光被猝灭，光电流产生范围扩展至可见光区域，支持敏化剂-半导体界面处的光诱导电子转移。利用APF、DHE和SOSG进行的测量表明，所得材料既能产生以氧为中心的自由基，又能生成单线态氧，从而在可见光激发下可实现I型和II型光化学途径。THPP@qTiO?在两种途径上均表现出较强的贡献。光化学活性并不能直接预测抗菌效果。在420±20 nm照射（10 J cm?2）下，THPP@qTiO?和ZnTHPP@qTiO?对金黄色葡萄球菌（*Staphylococcus aureus*）表现出强烈的光动力活性，分别将活菌数降低了5.7和5.6个log??单位，而TCPP@qTiO?仅表现出微弱的活性。肺炎克雷伯菌（*Klebsiella pneumoniae*）在无增强条件下未受影响。添加100 mM KI进一步增强了对金黄色葡萄球菌的杀灭效果，TCPP@qTiO?、THPP@qTiO?和ZnTHPP@qTiO?均将活菌数降至检测限。KI还使TCPP@qTiO?对肺炎克雷伯菌表现出高度活性，将存活率降至检测限（>5-log降低）。Hyp@qTiO?在细菌测定条件下发生聚集，但添加KI后抗菌活性增强。因此，抗菌效果反映了分子与半导体光化学、界面与胶体性质、细菌包膜可及性以及碘化物介导的次级化学反应的共同影响。**图文摘要****要点**- *界面电子转移实现了自由基光化学反应，同时保留了单线态氧的生成。*- *无细胞ROS生成无法预测敏化qTiO?的抗菌效果。*- *KI增强使TCPP@qTiO?对革兰氏阴性肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）表现出高度活性。*