文章推介：构筑“光-酶”一体催化剂用于光催化/酶催化协同杀菌治疗

细菌感染每年困扰着数百万人，已成为一个全球严峻的公共卫生问题。由于抗生素的滥用，出现了具有多重耐药性的“超级细菌”。因此，迫切需要开发治疗细菌感染的新试剂和新手段。随着光学技术的进步和光催化材料的开发，光催化抗菌治疗又重新回归到人们的视野，且已成为耐药菌感染最具有前景的治疗方式之一。虽然光催化抗菌有很好的疗效，但是在体抗菌治疗时，光源的组织穿透深度和感染部位的低氧微环境通常会降低其杀菌效果。针对这些问题，济南大学的于欣课题组提出了利用光催化与酶催化协同杀菌的机理。

济南大学的于欣课题组及其合作团队长期致力于纳米催化材料的开发及其对感染性疾病的治疗研究。在光催化抗菌治疗方面：开发了一种全有机半导体C₃N₄/PDINH异质结构光催化剂，对细菌表现出优异的杀伤效果（Adv. Mater. 2019, 33, 1901965）；利用材料氢键之间的结合作用，开发了无机-有机杂化的Sn₃O₄/PDINH半导体异质结构，并且利用其增强的光催化能力实现了抗菌治疗（Small 2021, 39, 2102744）；并且通过活化羰基自由基作为中间物，与细菌表面的氨基反应形成酰胺键，实现对细菌的捕获（Chem. Eng. J. 2023, 451, 139007）。在纳米酶催化材料方面：通过缺陷调控了MoS₂的纳米酶活性，实现了光增强的三种拟酶催化活性（类氧化酶、类过氧化物酶和类过氧化氢酶）协同抗菌（Adv. Mater. 2020, 48, 2005423）；通过氮掺杂进一步增强了其酶活性，开发出酶比色法实现生理环境下生物大分子精确检测（Anal. Chem. 2021, 93, 11123）；进一步研究了氮化对增强酶活性的影响，将金属纳米材料酶活性增强的策略聚焦于非金属元素氮掺杂，制备了具有拟酶活性的TiN纳米颗粒，（Angew. Chem. Int. Edit. 2021, 60, 25328-25338）；并且研究了电荷对纳米活性的影响，首次证明了正负电荷均能增强MoS₂纳米酶活性（Angew. Chem. Int. Edit. https://doi.org/10.1002/anie.202217448）。

在此基础上，济南大学于欣、王爱珠研究团队与国家纳米科学中心刘晶研究员合作，制备了同时具有光催化与酶催化活性的硫掺杂氮化碳（g-SCN）。S掺杂增强了材料的吸收光谱，获得了增强的光催化性能。并且S掺杂形成了S-N-C键，赋予了材料酶催化的活性。在光催化与酶催化的协同作用下，实现了“1+1 > 2”的治疗效果。这项工作为构建高效抗菌治疗的纳米材料提供了创新的协同策略。

首先通过建立不同的模型做对比，证明了S掺杂能够改变材料的能带结构，将材料的吸收光谱扩展到近红外（800-1000 nm），实现了增强的光催化性能。并且S-N-C键赋予了材料催化H₂O₂产生·OH的能力。

根据理论计算的指导，制备了不同的纳米材料：氧化还原石墨烯（rGO）、硫掺杂氧化还原石墨烯（S-rGO）、氮掺杂氧化还原石墨烯（N-rGO）、氮化碳（g-CN）、硫掺杂氮化碳（g-SCN）。并对其光催化与酶催化活性进行了表征，证实了g-SCN扩宽了材料的吸收光谱，增强了载流子分离能力；并且S-N-C配位是其拟酶催化活性的来源，赋予了材料纳米酶催化活性。在光照与H₂O₂同时存在的情况下，能够产生更多的OH。

与此同时，g-SCN具有促进表皮细胞增殖和迁移的能力，能够加速受损皮肤的修复和再生。将其应用到感染伤口的治疗，达到了非常好的治疗效果。

研究成果以“Construction of S-N-C Bond for Boosting Bacteria-Killing by Synergistic Effect of Photocatalysis and Nanozyme”发表在国际权威期刊Applied Catalysis B: Environmental上。通讯作者是济南大学于欣教授、王爱珠副教授与国家纳米科学中心的刘晶研究员。博士生王龙伟、硕士生杨钟炜为文章共同第一作者。上述研究工作的得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、北京市自然科学基金、中科院百人计划的支持。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337322012863 

通讯作者简介：

于欣，毕业于中国科学院大学，博士。现为济南大学前沿交叉科学研究院教授，硕士生导师。主要研究方向为：光催化半导体的杀菌治疗、光电化学生物传感器件、纳米酶材料的光动力治疗等。2015年以来，在包括Angew. Chem. Int. Edit., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Appl. Catal. B-Environ.等期刊发表论文70余篇，其中通讯第一作者40余篇。授权专利6项。是Rare Metals, IJMMM的青年编委及学科编辑，Materials Today Sustainability等的客座编辑，同时是Angew. Chem. Int. Edit., Adv. Mater., Appl. Catal. B-Environ., Nano-Micro Lett.等杂志的审稿人。主持国家自然科学基金，山东省杰出青年基金，省优秀青年基金，山东省泰山学者青年专家项目，山东省博士基金、重大基础研究项目子课题与教育部重点实验室开放课题等。

刘晶，现任国家纳米科学中心百人计划研究员，博士生导师。主要基于纳米材料的生物学效应与机制，针对肿瘤和感染等重大疾病的诊断和治疗设计智能纳米药物。近年来，在纳米生物医药领域以第一/通讯作者在Angew Chem Int Ed, Adv Mater, Adv Drug Deliv Rev, ACS Nano, Nano Today, Biomaterials, Small等学术期刊发表论文30余篇，4篇入选ISI web of knowledge-ESI统计的“近十年高引频论文（Highly cited papers: last 10 years）”，2篇热点论文，1篇VIP 论文，H因子26。授权发明专利3项。主持国家及省部级项目10项，包括国家自然科学基金2项，北京市自然科学基金重点项1项，北京市科技新星，中科院先导B、先导C项目骨干等。先后受邀参加 68 届林岛诺贝尔奖获得者大会（全国全学科20名）；入选“中国科协青年人才托举”工程项目（2018）；获“中国毒理学家”资格认证（2019）。兼任中国药学会纳米药物专业委员会青年委员，中国环境诱变剂学会生物标志物专业委员会青年委员。长期担任ACS Nano, Nano Today, Biomaterials, Science Bulletin, Journal of Nanobiotechnology, Exploration, Nanoscale 等国际主流期刊审稿人。

王爱珠，女，山东大学物理学院博士，新加坡国立大学 Research Fellow，现济南大学前沿交叉科学研究院副教授，硕士生导师。主要研究方向为：低维材料的电子结构调控与催化特性的理论研究；新型二维拓扑材料的理论设计与性能模拟等。近五年在 Phys. Rev. B，Adv. Mater.，Angew. Chem. Int. Ed. 等学术期刊上发表SCI文章 67 篇，累计被SCI论文引用 3035 次。单篇最高引用 677 次，ESI高被引用论文 1 篇。主持国家青年科学基金，山东省自然科学优秀青年基金和山东省自然科学博士基金各一项。

第一作者简介

王龙伟，硕士毕业于济南大学，现为西北大学博士研究生，并在国家纳米科学中心联合培养。主要研究方向为纳米催化诊疗。以第一作者或共同第一作者在Angew. Chem. Int. Edit.（一篇）, Adv. Mater.（两篇）, Adv. Funct. Mater.（一篇）, Appl. Catal. B-Environ.（一篇），Chem. Eng. J.（一篇）等期刊发表论文10余篇，总影响因子180以上。

杨钟炜，济南大学前沿交叉科学研究院硕士生。主要研究方向为纳米拟酶催化材料在生物医学方面的应用。以第一作者或共同第一作者在Nano Today，Appl. Catal. B-Environ.，Chem. Eng. J.，Rare Metals期刊发表论文4篇，总影响因子65以上。