聚集诱导发光Cu(I)络合物的光动力增强广谱抗菌研究

第一作者：左忠祥，潘鑫鑫

通讯作者：袁勋

通讯单位：青岛科技大学

研究速览：

近期，青岛科技大学袁勋教授团队受邀在Dalton Trans.上发表了聚集诱导发光特征的Cu(I)络合物的光动力增强的广谱抗菌应用的研究工作。该文报道了聚集诱导发光（AIE）机制发光的聚乙二醇（PEG）高分子限域的Cu(I)-p-MBA络合物聚集体（PCuA）的设计。得益于Cu(I)-p-MBA络合物的AIE特性和Cu物种固有的抗菌性能，所开发的PCuA对细菌表现出光动力增强的广谱抗菌活性，该工作为新型抗菌剂的设计提供了研究范例。

要点分析：

要点一：利用溶剂诱导聚集策略，作者发现Cu(I)-p-MBA络合物具有AIE特性。在溶剂（乙醇、DMF、丙酮、甲醇、丙三醇）诱导的作用下，Cu(I)-p-MBA络合物聚集度提升。Cu(I)-p-MBA络合物的高度聚集限制了配体的自由运动，增强了Cu(I)…Cu(I)相互作用，使Cu(I)-p-MBA络合物聚集体具有强烈的红色荧光（图1）。

要点二：创新性地开发了高分子限域策略，成功制备了在水相环境中稳定存在的Cu(I)-p-MBA络合物聚集体（PCuA），摆脱了Cu(I)-p-MBA络合物AIE对溶剂的依赖，为Cu(I)-p-MBA络合物的光动力抗菌应用奠定了基础。开发的高分子限域策略被证实是一种普适的制备稳定聚集态的Cu(I)络合物的有效手段（PEG、聚乙烯醇、壳聚糖等高分子都能够有效限域Cu(I)络合物，实现AIE）。

要点三：基于Cu(I)物种固有的抗菌活性和光动力产生的ROS，PCuA表现出了光动力增强的广谱抗菌活性。另外，PCuA对L929细胞具有低的细胞毒性。该工作成功将金属络合物的AIE现象应用到光动力广谱抗菌领域中，为新型抗菌剂的设计提供了范例。

图文导读

图1.（a）Cu(I)-p-MBA络合物溶液在pH=~9.0时的UV-vis吸收（黑色曲线）和PL发射（红色曲线）光谱。（b）ESI-MS和[Cun(p-MBA–H)n+1]-低聚物（n=4，5）的结构图（插图）。（c）溶剂诱导的AIE示意图和Cu(I)-p-MBA复合物溶液在pH=～3.0的乙醇/水与不同的甲醇的混合溶剂中在紫外光照射下的照片。（d） Cu(I)-p-MBA配合物溶液在不同甲醇混合溶剂中的PL发射光谱（λex=365nm）。

图2.（a）具有AIE特征的PCuA形成的示意图。（b）PCuA（红色曲线）和不含PEG的Cu(I)-p-MBA络合物（黑色曲线）在水中的PL发射光谱（λex=365nm）。（c）PCuA的PL衰减曲线（黑色曲线）与拟合曲线（红色曲线）。

图3.(a) PCuA ([Cu] = 0.4 mM)在不同条件下60min对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性大肠杆菌和耐药菌MRSA的抗菌活性。(b)不同条件下PCuA抗菌过程中ROS产率。

图4.PCuA对L929细胞的细胞毒性。(a)用不同浓度的PCuA(绿色)和CuSO4(红色)处理12 h后，MTT法评估细胞活力。(b) PCuA ([Cu] = 0.4 mM)处理12 h后，用乙酰甲氧基钙黄素衍生物染色的活细胞(绿色)和用乙二聚体1染色的非活细胞(红色)的PL显微镜图像。

结论

本研究成功地制备了AIE特征的PCuA，用于增强光动力抗菌应用。该策略的关键是使用体积庞大的PEG聚合物分子将Cu(I)-p-MBA复合物限制在水中稳定并且高度聚集的状态，这也被证明是通用的，因为其他大分子也可以用于形成AIE特征的金属纳米材料。利用AIE和Cu的固有抗菌活性，所开发的水溶性PCuA对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌以及耐多药细菌（>99%）具有优异的光动力抗菌性能。抗菌机制研究表明，包括1O2、·O2-和H2O2在内的活性氧在光动力杀灭细菌。这项研究的有趣之处在于，它不仅为AIE特征的水溶性金属配合物的合成提供了一个范例，而且还为新型光动力抗菌剂的设计提供了参考。

全文链接：https://doi.org/10.1039/x0xx00000x

参考文献：Zhongxiang Zuo,# Xinxin Pan,# Ge Yang, Yuemin Zhang, Xingwen Liu, Jinrun Zha, and Xun Yuan*. Cu(I) complexes with aggregation-induced emission for enhanced photodynamic antibacterial application. Dalton Trans. 2023, 52, 2942-2947.

作者及团队介绍:

袁勋教授，2002-2009年就读于山东理工大学，获学士和硕士学位；2014年博士毕业于新加坡国立大学；2014-2017年以博士后及研究科学家身份就职于新加坡科技局；2017年8月入职青岛科技大学材料学院，任教授，博士生导师。研究兴趣集中于超小金属纳米团簇（<3 纳米）的设计及其在生物医学、环境保护、能源催化等领域的应用。近年来，发表高水平论文80余篇，论文被引7900余次，h-因子42；获得中石化联合会科技进步三等奖1项；主持国家自然科学基金面上项目、泰山学者专项、山东省优秀青年基金等多项课题。