通讯作者：David Tai Leong, 谢建平

通讯单位：新加坡国立大学

研究内容：

金属纳米粒子 (NPs) 的大小对其生物医学应用至关重要。尽管已经对 2-100 nm 范围内的金属 NPs 的尺寸效应进行了大量研究，但对具有独特特征的~1 nm 尺寸的超小金属纳米团簇 (NCs) 的探索非常有限。Zheng等人合成了三种不同尺寸的不同金原子数的金(Au) NCs 和两种由相同配体保护的较大尺寸的 Au NPs，以研究尺寸对抗菌功效的影响。超小的Au NCs可以很容易地穿过细胞壁孔被细菌内化，诱导活性氧的产生以氧化细菌膜并干扰细菌代谢。这解释了为什么 Au NCs 是抗菌的，而 Au NPs 是非抗菌的，表明尺寸在抗菌能力中的关键作用。此外，与广为人知的尺寸依赖性抗菌特性相比，不同原子数的 Au NCs 表现出类似分子的抗菌行为，而不是具有相当效力的尺寸依赖性抗菌行为，表明超小 Au NCs 具有独特的分子状特征。用超小的Au NCs克服细菌在墙壁上的防御，改变了以前认为对细菌无害的东西，而变成了一种对抗细菌的高效剂。

要点一：

Zheng等人建立了一个由三个不同尺寸的超小型 Au NC（Au₂₅、Au₁₀₂ 和 Au₁₄₄）和两个由相同配体保护的较大尺寸的 Au NP（~3 和~5 nm）组成的库，以研究它们的细菌杀伤行为。

要点二：

纳米材料的尺寸在生物医学应用中起着关键作用，尤其是在抗菌行为中。金纳米粒子 (Au NPs) 太大而无法有效地内化在细菌内部，无法杀死细菌。小于 2 nm 的超小金纳米团簇 (Au NCs) 可以轻松穿过细胞壁孔隙，被细菌内化以杀死细菌。不同原子数（即不同大小）的 Au NCs 表现出类似分子而不是大小依赖的抗菌行为。

图1. 合成后的 Au NCs 和 Au NPs 的表征。(a, c, e, g, i) MBA 保护的 Au₂₅ NCs、Au₁₀₂ NCs、Au₁₄₄ NCs、Au NPs-3 nm 和 Au NPs-5 nm 的 UV-vis 吸收光谱。插图是 NC 或 NP 溶液的相应数码照片，它们的晶体结构和 zeta 电位 (ζ)。(b, d, f, h, j) 代表性 TEM 图像。插图是相应 NC 或 NP 的大小分布。比例尺为 20 nm。

图2. Au NCs在相同Au原子浓度下表现出不同的抗菌能力，Au NPs没有表现出抗菌能力。

图3. Au NCs 在相同的颗粒浓度下表现出相似的高细菌内化和抗菌能力，而 Au NPs 在细菌中表现出较低的吸收并且没有表现出明显的细菌杀灭效率。

图4. Au NCs 在金黄色葡萄球菌中诱导细胞内 ROS 产生，氧化细菌膜并促进细胞氧化过程。a) 以相同颗粒浓度（处理溶液中的最终颗粒浓度为~2.4 × 1015 粒子·mL⁻¹)处理 Au NCs 和 Au NPs 2 h 后金黄色葡萄球菌的相对细胞内 ROS 产生水平和 (b) 相对脂质过氧化产生水平。水处理组的细胞内 ROS 水平和脂质过氧化水平设置为 1。(c-f) 在相同颗粒浓度下处理 Au NCs 和 Au NPs 2小时后金黄色葡萄球菌的相对基因表达。水处理组基因表达量设为1，观察到氧化调节基因(c)dmpI、(d)narJ、(e)nark表达增加，还原调节基因(f)sod表达减少。

参考文献：

Kaiyuan Zheng, Magdiel I. Setyawati, David Tai Leong, Jianping Xie. Overcoming bacterial physical defenses with molecule-like ultrasmall antimicrobial gold nanoclusters. Bioactive Materials 2021, 6, 941-950.