减小尺寸激活功能化金纳米颗粒的抗菌作用

功能化金纳米颗粒对多药耐药菌具有良好的抗菌活性。一般来说具有革兰氏选择性抗菌作用的金纳米颗粒有助于精确治疗，而广谱性的抗菌金纳米颗粒适用性更广。那么，有无可能通过改变金纳米颗粒的性质来实现其抗菌性能的调控？近日，南方科技大学生物医学工程系团队微流控-纳米生物医学实验室通过减小功能化金纳米颗粒的尺寸调控其抗菌性能，并将其与生物支架结合，制备了一种治疗烧伤感染的通用伤口敷料。

近年来，纳米颗粒应用于抗菌领域引起了越来越多的关注。在抗菌纳米材料中，功能化金纳米颗粒因其卓越的抗菌能力脱颖而出。此外，许多功能化金纳米颗粒对哺乳动物细胞具有良好的生物相容性，这为其临床应用提供前提条件。因此，功能化金纳米颗粒在抗菌领域具有巨大的潜力，例如新型抗菌药的研发，预防伤口细菌感染和医疗器械消毒等。研究人员正试图寻找调整和预测抗菌金纳米颗粒革兰氏选择性的方法。

南方科技大学团队正好找到了一种简单的方法来激活金纳米颗粒的抗菌活性。他们发现直径为14 nm左右的功能化金纳米颗粒（lDGNPs）没有抗菌活性，同种修饰而直径为3-4 nm的金纳米颗粒（mDGNPs）对革兰氏阴性菌具有良好的杀菌效果（窄谱抗菌活性），而尺寸小于2 nm的同种修饰金纳米颗粒（uDGNPs）对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都具有优异的杀菌效果（广谱抗菌活性）。随着功能化金纳米颗粒尺寸的减小，其抗菌性能会增强。为什么减小金纳米颗粒的尺寸，抗菌性能会增强？通过抗菌机理的研究发现，3-4 nm的金纳米颗粒可以通过降低大肠杆菌的ATP水平、膜的通透性和膜电位等起到抗菌的作用，但不会引起细菌内活性氧的升高。相比之下，2 nm的金纳米颗粒会诱导细菌中活性氧的生成。猜测是小尺寸的金纳米颗粒具有更大的表面与体积比和表面活性，可能会活化细菌内活性氧的生成，最终导致细菌的死亡，从而增强其抗菌性能。通过调节颗粒尺寸来调节其抗菌谱，这对于探索纳米材料的新特性及其应用是很有启发性的。

图1. 不同尺寸金纳米颗粒的最低抑菌浓度。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

此外，他们利用琼脂糖水凝胶作为载体，制备了抗菌金纳米颗粒掺杂的琼脂糖凝胶做为抗菌伤口敷料，并应用于大鼠烧伤感染治疗。抗菌凝胶敷料可以有效的治疗耐药菌感染的烧伤创面，促进伤口愈合，为临床耐药感染提供一种可替代的新策略。

图2. 抗菌水凝胶用于大鼠烧伤感染治疗。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

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Activating Antibacterial Effect of 4,6-diamino-2-pyrimidinethiol-modified Gold Nanoparticles by Reducing their Sizes

Yangzhouyun Xie, Junchuan Yang, Jiangjiang Zhang, Wenfu Zheng, Xingyu Jiang

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202008584