IF=27.4!西北农林科技大学王建龙/汪蓉、西安交通大学张锦英和南开大学祝凌燕AM重要成果

学术   2024-11-16 07:49   湖北  

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通过紫磷量子点的竞争性锚定提升光敏剂润湿性实现光动力薄膜灭菌的突破性进展

导  读

2024年11月,西北农林科技大学王建龙教授/汪蓉副教授在《ADVANCED MATERIALS》(Q1,IF: 27.4)发表题为“Enhanced Photosensitizer Wettability via Anchoring Competition of Violet Phosphorus Quantum Dots for Breakthroughs in Photodynamic Film Sterilization”的研究性论文。通讯作者为西北农林科技大学汪蓉副教授和王建龙教授、西安交通大学张锦英教授和南开大学祝凌燕教授,硕士研究生张祖旺和张弛副教授为共同第一作者。

润湿性在光动力学薄膜灭菌中至关重要,较高的润湿性有助于增强光敏剂与细菌接触时的捕获效率。本研究通过将少量紫磷量子点(VPQDs)锚定到金丝桃素细菌纤维素薄膜(VP/Hy-BC)中,成功提高了其润湿性,水接触角从56.8°降低至33.0°。这一改性增强了细菌与光敏剂之间的相互作用,使得在60 min内能够迅速灭活7 log10 CFU/mL的金黄色葡萄球菌。基于第一性原理计算和分子动力学模拟的结果表明,VPQDs因其较低的空间位阻,减弱了金丝桃素分子间的自聚合力,从而使VP/Hy-BC的溶剂可及表面积增加约25.7%,减少了疏水性光敏剂的聚集。因此,更多的活性位点得以暴露,显著提升了光电子传递效率。VP/Hy-BC薄膜在抑制细菌增殖方面表现出卓越的效果,能够将牛肉的保鲜期延长至10 d。本研究为开发健康、环保且高效的抗菌包装薄膜提供了新的思路。


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研究亮点

  • 紫磷量子点锚定竞争策略有效改善了光敏剂的疏水聚集问题

  • 紫磷量子点锚定到金丝桃素细菌纤维素薄膜后使其润湿性提高

  • 少量紫磷量子点的修饰使复合膜实现了高效的抗菌效率

  • 复合膜有效延长了牛肉的保鲜期至10 d


研究结论

  • 作者提出了一种新策略,利用量子点抑制光敏剂的疏水聚集,以提升光响应型抑菌薄膜(VP/Hy-BC)中光敏剂的润湿性。

  • 增强的润湿性有利于光敏剂与水的相互作用,从而提高电子传递效率和ROS生成速率。这导致ROS水平升高,传质阻力降低,从而增强了光敏剂对细菌的功效。在60 min内,VP/Hy-BC薄膜光动力灭活了7 log10 CFU/mL的金黄色葡萄球菌,并保持牛肉新鲜度长达10 d。

  • 第一性原理和分子动力学模拟表明,VPQDs锚定到Hy后,在Hy的吸附与自聚集力之间形成竞争,增加了Hy的溶剂可及性表面积(SASA)。这种改变对于增强薄膜整体抗菌性能至关重要。因此,这项研究为提高光敏剂的光动力活性,从而开发出更安全、更环保、更高效的活性包装材料提供了启示。


图文赏析

图形摘要

图1 光动力薄膜的工作特性示意图

图2 材料和薄膜的合成与表征

图3 薄膜在牛肉保鲜方面的应用

图4 光动力抗菌机制的示意图

图5 材料分散性和润湿性的模拟分析

汪 蓉

汪 蓉,西北农林科技大学副教授,博士生导师。入选国家人社部“博士后创新人才支持计划”,陕西省高校科协青年人才托举计划,西北农林科技大学高层次人才发展支持计划。兼任陕西省科技项目评审专家,中国化学会、中国食品科学技术协会、陕西省女科技工作者协会会员,并担任Foods和Food Safety and Health期刊编委。近年来,主持国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、广东省自然科学基金等11项科研项目,研究领域涵盖有机污染物与微生物的可视化检测、光动力杀菌技术及多尺度计算模拟。以第一/通讯作者在Advanced Materials、Applied Catalysis B: Environmental、Chemical Engineering Journal、Food Chemistry等期刊发表SCI论文30余篇,其中包括1篇ESI高被引论文和1篇热点论文,H指数为19,近5年论文引用次数达1266次。以第一发明人授权专利4项,副主编教材1部,参编教材2部。荣获陕西高等学校科学技术一等奖,获评大学生社会实践优秀指导教师、优秀班主任及优秀教学团队等荣誉。

原文链接

https://doi.org/10.1002/adma.202410989

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