第一作者：Junyao Song，Haoyu Chen

通讯作者：孔晓颖、韩磊，付俊

通讯单位：青岛农业大学，中山大学

研究速览

近期，青岛农业大学孔晓颖副教授团队，韩磊教授团队、中山大学付俊教授合作在期刊《Chemical Engineering Journal》上发表了用于生物膜感染伤口愈合的 CuO2 辅助Zn单原子杂化纳米酶的文章。单原子催化剂（SAC）的特点是原子上分散着单个金属原子，由于其催化活性令人满意，因此比普通的纳米酶材料具有更优越的抗菌性能。然而，当用于治疗受生物膜感染的伤口时，由于活性氧（ROS）供应不足，单原子催化剂仍无法有效解决严重的微生物感染问题。本文制备了一种由Zn单原子催化剂和过氧化铜组成的新型杂化纳米材料（Zn SACs@CuO2），以实现ROS生成的升级和对生物膜感染伤口的光热/化学动力（PTT/CDT）联合治疗。具体而言，CuO2 不仅具有优异的光热特性，还具有产生 H2O2 和 Fenton 类催化活性，这有助于 Zn SACs 加速内源性和外源性 H2O2 的 ·OH 转化。与 Zn SACs 的单一抗菌策略相比，Zn SACs@CuO2 杂化纳米酶在破坏生物膜、激活免疫和改善炎症方面表现出更强的治疗效果。总之，这项研究开发了一种杂化单原子 纳米酶材料，可用于生物膜感染伤口的高效愈合。

要点分析

要点一：材料设计：在这项研究中，作者通过将 MOF 衍生的锌单原子与 CuO2（Zn SACs@CuO2）修饰在一起，制备了一种近红外响应杂化纳米酶系统，用于 PTT/CDT 协同抗菌治疗（方案 1）。Zn SACs 是通过表面保护热解策略从具有代表性的 MOF 前体沸石咪唑酸框架-8（ZIF-8）中获得的。此外，最终的 Zn SACs@CuO2 杂化纳米材料是在含有 CuCl2、H2O2 和氢氧化钠的水反应溶液中简单合成的，其中 Zn SACs 作为前驱体，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为稳定剂来修饰 CuO2 的表面并控制其粒径（图 1a）。

要点二：抗菌机理：碳（C）和铜（Cu）作为 PTT 剂，具有很高的光热 转化效率高的 PTT 药剂，从而实现高效的 PTT 抗菌疗法。同时，在酸性伤口微环境下，CuO2 被可逆地分解为 Cu2+ 和 H2O2，随后金属活性位点（Zn SACs 和 Cu2+）与 H2O2 发生高效的过氧化物反应，生成高毒性 ·OH 用于 CDT 抗菌治疗。更重要的是，Zn SACs@CuO2 杂化纳米酶能很好地愈合生物膜感染的伤口，从根除细菌感染、缓解炎症和激活免疫系统中获益。

图 7. Zn SACs@CuO2 NPs 在体内的免疫激活作用。(a、b、c、d）成熟 DC、CD4+T 细胞、CD8+T 细胞、M1 型巨噬细胞和 M2 型巨噬细胞的流式细胞术。组别：（G1）对照组，（G2）H2O2+近红外组，（G3）Zn NPs+H2O2+近红外组，（G4）Zn SACs+H2O2+近红外组，（G5）Zn SACs@CuO2+H2O2+近红外。激光：808 纳米，5 分钟，1 W·cm-2 。

结论

总之，在本文中作者通过将 MOF 衍生的 Zn SACs 与 CuO2 进行修饰，制备了近红外响应的 Zn SACs@CuO2 杂化纳米酶，用于 PTT/CDT 协同抗菌治疗。

1）在Zn SACs@CuO2杂化纳米酶中，不仅保留了Zn SACs极高的原子利用率和较大的催化活性面积，而且通过引入CuO2进一步提高了内源性H2O2的供给能力和整体Fenton样反应效率，从而进一步提高了纳米颗粒的抗菌效率。

2）Zn SACs@CuO2 杂化纳米酶令人满意的抗菌效率促进了生物膜三维结构的瓦解，并在体内治疗过程中迅速改变了伤口组织的炎症过程，改善了免疫微环境、 进一步加速伤口愈合。

总之，这项研究强调了 Zn SACs@CuO2 杂化纳米酶在 PTT/CDT 和促进伤口修复方面的协同抗生物膜性能，并进一步开辟了 为设计高效的酶催化和抗菌纳米材料应用开辟了新天地。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145706

参考文献：Junyao Song, Haoyu Chen, Yaqian Lv, Wanqun Yang, Fenglang Zhang,

Tianyi Wang, Danping Liu, Yingshan Qu, Lei Han, Jun Fu, Xiaoying Kong. CuO2

-assisting-Zn single atom hybrid nanozymes for biofilm-infected wound healing.

Chemical Engineering Journal . 2023 .

DOI: 10.1016/j.cej.2023.145706