用于选择性识别、成像和协同杀灭革兰氏阳性菌与真菌的D-半胱氨酸衍生碳点

细菌和真菌感染对全球健康构成重大威胁，抗生素滥用导致了耐药性病原体的出现。为应对这一挑战，研究人员正在开发新型抗菌材料，如手性纳米材料。这类材料凭借独特的表面特性和良好的生物相容性，提供了一种新的抗菌方法。它们可以通过氨基酸或多糖等生物分子合成，其手性官能团能够与特定微生物发生作用，实现选择性的抗菌效果。碳量子点（CDs）作为一类新兴的纳米材料，因其光稳定性和生物相容性而备受关注。通过引入手性中心，可以进一步增强手性CDs与生物分子间的立体特异性相互作用，从而提高其抗菌性能。

D/L-CDs的性质表征

手性D/L-CDs表现对称圆二色性信号，这些信号取决于它们各自的手性来源D/L-半胱氨酸。总体而言，可以推断出在200-300 nm范围内检测到的CD手性信号来自其半胱氨酸的固有手性。透射电子显微镜（TEM）分析显示，手性D/L-CDs的直径分别为4.3和5.2 nm。手性D/-L-CDs的紫外-可见吸收光谱显示出较宽的吸收峰，这些峰源于260 nm处芳香环C=C键的π-π*电子跃迁，以及320 nm处C=O键的n-π*电子跃迁。此外，400-700 nm的宽吸收范围分别对应于与C=S和S=O键的π-π*和n-π*电子跃迁。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析对手性D/L-CDs的特定官能团和化学成分进行了深入表征，（D/L-CD的红外光谱显示出相似性，其峰值表示3430 cm^-1处的羟基（-OH）振动，3205 cm^-1处的N-H振动，以及C-H（2965 cm^-1）、C=O（1690 cm^-1）、C-O（1135 cm^-1）、和C-N、N-H和COO-键（1390 cm^-1）。

D/L-CDs的微生物成像

相比于金黄色葡萄球菌，D/L-Cys对大肠杆菌和白色念珠菌的抗菌活性要低得多。然而，在405/660 nm双波长激光照射下，D/L-CDs在黑暗中也具有一定的抗菌作用，这可能是由于其内在毒性所致。此外，D/L-CDs在双波长激光照射下的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度值较高，难以进一步研究细菌的作用机制。值得注意的是，D/L-CDs在暗处表现出与抗生素相似的抗菌活性，但它们诱导微生物产生抗药性的可能性较小。D/L-CDs通过PDT和PTT的协同作用可以增强其抗菌活性，特别是对于金黄色葡萄球菌和白色念珠菌。

图1. D/L-CDs的微生物成像^[1]

结论

设计了一个具有优异模块化、可扩展性、可重复性和可回收性的高效多功能平台，以实现基于细菌和Au@ZnO之间ET的细菌传感和杀灭。在半对数尺度上观察到细菌饱和电流和细菌数量之间的线性关系。细菌-材料相互作用机制不同于光催化、细胞外活性氧、Zn²⁺浸出或相关环境变化，而是依赖于也会导致代谢失衡和随后细菌死亡的ET。定量相关性和不同的交互机制揭示了一种使“感觉和治疗”设备可行的新平台。ET机制还为新一代生物传感器和抗菌材料的设计提供了见解。

参考文献：

Song W, Wang X, Nong S, et al. D-cysteine-derived carbon dots for selective discrimination, imaging, and synergistic elimination of gram-positive bacteria and fungi[J]. Advanced Functional Materials, 2024, 34(38): 2402761.