《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Synergetic photothermal and photodynamic antibacterial effects of O2 nanobubble-conjugated CuS nanoparticles
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存在于各种环境生境中的细菌污染物对公共卫生构成了重大威胁。然而，光动力灭活对这些威胁的有效性往往受到缺氧条件的限制。为了解决这一关键问题，研究人员设计了一个创新的双模式消毒平台，该平台通过将对氧不敏感的硫化铜纳米颗粒（CuS NPs）与氧纳米气泡（O2NBs）
存在于各种环境生境中的细菌污染物对公共卫生构成了重大威胁。然而，光动力灭活对这些威胁的有效性往往受到缺氧条件的限制。为了解决这一关键问题，研究人员设计了一个创新的双模式消毒平台，该平台通过将对氧不敏感的硫化铜纳米颗粒（CuS NPs）与氧纳米气泡（O2NBs）结合起来，利用光热和光动力技术相结合的力量。与传统的化学生成方法不同，稳定的氧纳米气泡（平均直径：106 nm；浓度：1.96×108纳米气泡 mL-1）是通过文丘里（Venturi）静态混合器利用流体动力空化产生的。研究人员利用光学光谱深入研究了这一独特系统的物理化学特性和活性氧（ROS）生成情况。随后，研究人员在近红外（NIR）照射下，评估了该混合平台对代表性环境细菌——金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli）的抗菌功效。值得注意的是，硫化铜纳米颗粒与氧纳米气泡的结合在所有测试的样品中表现出最高水平的抗菌活性。这种显著的增强灭活可归因于氧纳米气泡，它显著提高了溶解氧水平，从而促进了活性氧的生成并改善了介质内的光相互作用。这些结果表明，将流体动力空化产生的氧纳米气泡与结合的光热和光动力方法相整合，可以显著提高细菌灭活效果，为公共卫生环境中的有效和实际的应用铺平了道路。
论文解读：负载O2纳米气泡的CuS纳米颗粒的光热与光动力协同抗菌研究
该研究发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》（《环境化学工程学报》）。研究背景主要立足于环境中持久性细菌污染对公共健康与生态安全的持续威胁。目前，尽管光激活纳米材料系统（尤其是近红外NIR响应的材料）被视为控制微生物污染物的可持续策略，但利用硫化铜纳米颗粒（CuS NPs）协同光热疗法（PTT）与光动力疗法（PDT）进行环境细菌消杀仍存在明显瓶颈。主要问题包括：缺氧水性环境中活性氧（ROS）产量有限，削弱了光动力灭活效能；光热剂产生的热能迅速耗散到周围介质中，降低了局部温度及对细菌细胞壁的破坏效率；此外，CuS NPs在复杂环境基质中可能因团聚或结构降解而不稳定。为解决这些问题，研究人员提出了一种创新策略，即利用氧纳米气泡（O2NBs）作为稳定的氧库与CuS NPs结合，以提升协同消毒效能。
为开展此项研究，研究人员采用了几个主要关键技术方法：首先，利用流体动力空化技术，通过包含文丘里管、静态混合器和循环回路的物理系统（仅使用去离子水和纯氧气）生成O2NBs；其次，通过共沉淀技术合成CuS NPs；随后，将两者结合形成混合消毒平台。研究人员利用光学光谱对系统的物理化学特性及ROS生成进行了表征，并在NIR照射下，以金黄色葡萄球菌（S. aureus，革兰氏阳性）和大肠杆菌（E. coli，革兰氏阴性）为标准环境细菌模型，评估了该平台的抗菌功效。
研究结果如下：
材料（Materials）
研究人员使用了分析纯级别的试剂，包括二水合氯化铜（CuCl2·2H2O）、二水合柠檬酸钠（Na3C6H5O7·2H2O）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、九水合硫化钠（Na2S·9H2O）、对苯二甲酸（TPA）和1,3-二苯基异苯并呋喃（DPBF）等，溶剂为去离子水。
CuS NPs的合成（Synthesis of CuS NPs）
在本研究中，研究人员通过共沉淀技术合成了CuS NPs。
CuS NPs的表征（Characterization of CuS NPs）
为了分析合成材料的晶体结构，研究人员使用了X射线衍射（XRD）。衍射图谱清楚地表明其为六方相，与标准JCPDS卡片No. 01-078-0867完全匹配，证实了CuS NPs形成了所需的晶体结构，且数据中没有额外峰，确认了纳米颗粒的高纯度。研究人员还分析了形态并确定尺寸。
结论（Conclusion）
总之，研究人员介绍了一种在NIR照射下结合CuS NPs与O2NBs的新型抗菌平台。通过流体动力空化产生的纳米气泡作为稳定的氧库，改善了水环境并促进了活性氧（ROS）的产生。结合CuS强大的NIR吸收和光热性能，该系统实现了对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的高效细菌灭活。协同效应显著增强了消毒能力。
资金（Funding）
本研究未从公共、商业或非营利部门的资助机构获得任何特定资助。
CRediT作者贡献声明（CRediT authorship contribution statement）
Arvin Toutounchi：验证，形式分析。Hamid Reza Madaah Hosseini：写作——审阅与编辑，监督，资源。Marziyeh Jannesari：方法论。Omid Saremi：资源，方法论。Mohammad Mahdi Ahadian：写作——审阅与编辑，验证，监督，资源，方法论。Zahra Mahmoodian：写作——审阅与编辑，撰写初稿，可视化，验证，方法论，调查，形式分析。
利益冲突声明（Declaration of competing interest）
作者声明，他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本报告的工作。
致谢（Acknowledgements）
作者感谢谢里夫理工大学（Sharif University of Technology）研究委员会的财政支持。
讨论部分总结：研究人员在讨论中指出，传统的化学法生成O2NBs面临尺寸控制难、稳定性差、对环境波动敏感及易产生副产物等挑战，而本研究采用的基于文丘里流体动力空化的物理方法则具有纯物理机制、无化学前体、无副产物、工艺简化、连续流、可扩展性强和操作稳健等优势，非常适合实际环境应用中大体积处理和工艺可靠性的要求。通过将此物理法生成的O2NBs与CuS NPs整合，成功克服了缺氧限制和热耗散问题，实现了显著的协同抗菌效应。研究结论强调，该混合平台利用O2NBs提升溶解氧以促进ROS生成和改善光相互作用，结合CuS的NIR光热转换，实现了对典型环境病原菌的高效灭活，为公共卫生领域的有效实际应用奠定了基础。
