二氧化鈦（TiO
2）由于其眾所周知的光催化性能，在抗菌活性和污染物降解領(lǐng)域引起了人們的極大關(guān)注。然而，TiO
2的應(yīng)用受到其大的帶隙寬度的顯著限制，其僅允許由低于400nm的紫外光激發(fā)。在這里，建議使用TiO
2的表面手性功能化來調(diào)節(jié)其帶隙寬度，從而使其能夠被近紅外區(qū)域光（NIR）激發(fā)，從而有效地分離電子-空穴對(duì)。通過控制溶劑極性并在手性配體和TiO
2之間形成許多弱相互作用（如氫鍵），本研究成功地制備了手性TiO
2超微粒（SP），其在792nm處表現(xiàn)出寬的圓二色性（CD）吸收。在808nm的圓偏振光（CPL）下，手性SP誘導(dǎo)TiO
2中電子-空穴對(duì)的分離，從而產(chǎn)生羥基和單線態(tài)氧自由基。近紅外CPL下的抗菌試驗(yàn)表明，手性TiO
2-SP表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能，對(duì)革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的抑制率分別為99.4%和100%。該材料的回收再利用實(shí)驗(yàn)和生物相容性評(píng)估表明，手性TiO
2 SP是穩(wěn)定、安全的抗菌材料，從而表明手性TiO
2 SP在醫(yī)療植入物抗菌方面的潛在應(yīng)用。
圖1. 手性TiO
2-SP的制備與表征。l-SP（A）和d-NP（B）的SEM圖像。單個(gè)l-SP（C）和d-SP（d）的SEM圖像，分別為逆時(shí)針和順時(shí)針排列。l-NPs（E）和d-NPs（F）的HR-TEM圖像。邊緣（G）和核心（H）區(qū)域的l-NP中HR-TEM圖像的快速傅立葉變換衍射分析。邊緣（I）和核心（J）區(qū)域的d-NP中HR-TEM圖像的快速傅立葉變換衍射分析。
圖2. 手性TiO
2-SP的制備與表征。（A） l-SP和d-SP的X射線衍射圖。（B） 手性TiO
2 SP的吸收光譜。（C） 手性TiO
2 SP的CD光譜。（D） 手性TiO
2 SP的g因子值。手性TiO
2 SP（E）和相應(yīng)手性配體（F）的FT-IR光譜。
圖3. 手性TiO
2 SPs的XPS數(shù)據(jù)。（A） Ti2p在手性TiO
2-SPs中的結(jié)合能。（B） 手性TiO
2 SPs中O1s的結(jié)合能。（C） 手性TiO
2-SPs的S 2p結(jié)合能。（D） 手性TiO
2-SPs的N1s結(jié)合能。
圖4. CPL誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生。（A）
L-SPs在808nm RCP下不同時(shí)間的ROS產(chǎn)生。（B） 在808nm LCP下不同時(shí)間d-SP的ROS產(chǎn)生。
L-SPs（C）和
D-SPs（d）在808nm LP下不同時(shí)間的ROS產(chǎn)生。（E） 在手性TiO
2 SPs照射5分鐘后獲得的ROS（羥基自由基）的ESR信號(hào)。使用在485nm激發(fā)的ROS敏感熒光染料DCFH進(jìn)行熒光測(cè)量。
圖5.CPL驅(qū)動(dòng)
L-SPs的抗菌活性。（A）
L-SPs在808nm RCP作用下不同時(shí)間的抗菌活性。大腸桿菌（B）和金黃色葡萄球菌（C）在808nm LCP的輔助下用
L-SPs處理不同時(shí)間后的CFU平板照片。在808nm LCP的輔助下用
L-SPs處理不同時(shí)間后的大腸桿菌（D）和金黃色葡萄球菌（E）的SEM圖像。
相關(guān)研究成果由江南大學(xué)Xinxin Xu、Maozhong Sun和Qing Wang等人2023年發(fā)表在ACS Nano (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08791)上。原文：Near-Infrared Chiroptical Activity Titanium Dioxide Supraparticles with Circularly Polarized Light Induced Antibacterial Activity
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
