唐本忠院士/王东副教授Biomaterials：负载AIE光敏剂的纳米纤维薄膜用于光动力和光热效应协同的生物防护

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近年来，新冠肺炎等传染病的爆发，使得个人防护装备的需求增加，在疫情爆发初期往往会导致原材料的短缺。此外，不适当的个人防护设备的后处理和消毒也可能会具有交叉污染的风险。因此，探索具有拦截和灭活致病微生物的抗菌材料，开发可重复使用、易杀菌的个人防护用品具有重要意义。

近日，唐本忠院士/王东副教授团队报道了一类利用静电纺丝技术制备的具有日光触发的光动力/光热联合抗菌能力的纳米纤维薄膜(TTVB@NM)（见图一）。TTVB@NM的多孔的微观纳米结构，使得其对超细颗粒和致病性气溶胶表现出了较好的拦截效果。得益于AIE光敏剂优越的光物理性能，TTVB@NM在可见光范围内具有较宽的吸收、高效的ROS产生能力和温和的光热转换性能。一系列抗菌性能评价结果表明，TTVB@NM对多种病原菌具有广谱的抑菌效果。本工作构建了一种可重复使用和具有自灭菌功能的复合材料，在生物防护方面具有潜在的应用价值。

图1. TTVB负载的纳米纤维薄膜的制备及其用于病原菌过滤和灭活的示意图。

在这项工作中，作者首先评估了AIE光敏剂TTVB的活性氧产生能力并与商业化的光敏剂玫瑰红（Rose Bengal）进行了对比，结果表明，在模拟太阳光照射下，TTVB比RB具有更强的ROS产生能力。尽管TTVB比RB产生的单线态氧（¹O₂）要少，却可以产生更多的超氧根自由基（O₂^•-）和羟自由基（•OH）。O₂^•-具有比¹O₂更长的半衰期，有利于其远距离扩散，O₂^•-还可以进一步被转化为氧化能力更强的•OH，有利于病原菌的高效灭活。基于此，TTVB对多种病原菌（革兰氏阳性菌、格兰仕阴性菌、真菌和噬菌体）均具有优异的杀菌效果（见图2）。

图2. AIE光敏剂TTVB的活性氧产生能力以及对不同微生物（革兰氏阳性菌、格兰仕阴性菌、真菌和噬菌体）的成像及杀伤研究。

随后，作者利用静电纺丝技术将TTVB通过物理掺杂的方法负载到了一个纳米纤维薄膜中，即TTVB@NM。扫描电镜结果表明，TTVB@NM具有多孔的微观结构（见图3），有利于实现对微小颗粒的过滤作用。共聚焦荧光显微镜的结果表明TTVB被均匀的负载到了纳米纤维中，对纳米纤维的微观结构和尺寸没有明显影响。此外，TTVB@NM也具有较强的ROS 产生能力以及温和的光热效应，有利于实现光动力/光热协同的抗菌。

图3. 负载TTVB的纳米纤维薄膜的微观结构、活性氧产生能力、过滤效率、透气性以及表面接触角表征。

作者使用气溶胶发生器制备了直径为1 ~ 5 μm的含有致病微生物的微小颗粒以模拟人类打喷嚏或咳嗽时产生的气溶胶（图4），进而研究了TTVB@NM对致病气溶胶的拦截能力。结果表明，TTVB@NM表面附着了很多病原菌，且薄膜的下表面没有病原菌穿过。进一步的，作者将含有多种病原微生物的气溶胶喷到薄膜表面，然后将其置于日光下辐照5或者10分钟，结果表明，TTVB@NM可在10分钟的阳光照射下有效灭活含细菌(抑制率为99%)、真菌(抑制率为88%)和噬菌体(抑制率为99%)的致病性气溶胶。

图4. 负载TTVB的纳米纤维薄膜对含有病原菌的气溶胶的过滤能力以及在太阳光下对其表面附着的病原菌的灭活能力研究。

相关研究工作目前以“AIEgen-loaded nanofibrous membrane as photodynamic/photothermal antimicrobial surface for sunlight-triggered bioprotection”为题目发表在Biomaterials上，文章第一作者为深圳大学AIE研究中心李梦博士，通讯作者为深圳大学AIE研究中心王东副教授和香港中文大学（深圳）唐本忠院士。

本项目获得了中国博士后科学基金（2020M672813，2020M672797），广东省杰出青年科学基金（2020B1515020011），国家自然科学基金（21801169，21803039）和深圳市科技创新计划（JCYJ20190808153415062，RCYX20200714114525101）等项目的资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014296122100363X

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