近日，我校化工與材料學院2021屆聯合培養碩士研究生劉闖在近紅外光調控納米酶活性用于抗菌方面取得階段性研究進展，相關成果以“NIR enhanced peroxidase-like activity of Au@CeO₂hybrid nanozyme by plasmon-induced hot electrons and photothermal effect for bacteria killing”為題發表在催化科學領域Top期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（2021, 295, 120317; DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120317），影響因子為16.68。

抗生素濫用導致的細菌耐藥問題一直都是一個世界難題，也是威脅全球公眾健康的重要隱患。全球每年約70萬人的死亡都與細菌耐藥性相關，如不采取有效措施，到2050年這一數字將增長到1000萬。抗生素濫用常導致耐藥菌乃至“超級細菌”的產生，比如綠膿桿菌和金黃色葡萄球菌等。此外抗生素的濫用還會造成嚴重的環境污染。針對耐藥菌需要不斷開發新的抗菌藥物，但對濫用問題幫助不大，因此開發高效殺菌、環境友好并避免耐藥性產生的新型抗菌劑迫在眉睫。納米酶的出現，特別是具有類過氧化物酶活性的納米酶表現出的優越抗菌活性，為解決耐藥細菌的危害提供了新策略。

劉闖同學在何偉偉教授指導下圍繞納米酶活性的調控與應用開展研究（Nanoscale, 2020, 12, 3068-3075）。針對上述問題，他們與中國科學院大學溫州研究院周云龍研究員合作，設計了一種啞鈴狀Au@CeO₂雜化納米酶材料，在近紅外光的激發下利用Au的等離激元共振效應實現了對Au@CeO₂類過氧化物酶活性的優化。得益于Au@CeO₂雜化納米酶的特定結構和近紅外光響應的等離激元效應，在近紅外光激發后該材料表現出顯著增強的類過氧化物酶活性。重要的是，在不需要使用任何抗生素的情況下，對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌表現出顯著增強的廣譜抗菌活性，避免了抗生素的使用和耐藥菌的產生。他們利用時間分辨瞬態吸收光譜和原位XPS技術對等離激元激發載流子行為進行監測，最終確定了由等離激元效應產生的熱電子從Au NRs轉移到CeO₂中，導致Ce⁴⁺還原為Ce³⁺，使Ce³⁺/Ce⁴⁺價態組成發生變化，這被認為是類酶和抗菌活性增強的主要原因。該研究不僅為近紅外光增強納米酶活性提供了新的設計方案，而且還構建了能使等離激元效率最大化的雜化納米結構，在催化和抗菌領域具有重要應用。

該研究得到了國家自然科學基金、河南省高層次人才特殊支持計劃（中原千人計劃）和河南省高校科技創新團隊等項目的支持。劉闖（我校2014級本科生，現為鄭州大學研究生，指導老師何偉偉教授）為該論文第一作者，鄭直教授、何偉偉教授和中國科學院大學溫州研究院周云龍研究員為該論文的共同通訊作者。劉闖同學從大二開始進入實驗室，積極參加“材料之星”培育計劃，是我校實施“OPCE”育人體系的典型案例之一。近年來，我校構建了開放、實踐、創新的OPCE育人模式，開設了《開放平臺創新實踐課程》，制定了“材料之星”創新人才培育計劃，本著“教學與科研并舉，創新與實踐相長”的理念已經培養了一批具有創新實踐能力的本科生，為探索應用型大學的科教融合提供了很好的案例。

圖：等離激元效應增強Au@CeO₂雜化納米結構材料類酶和抗菌活性機理圖