作为人类生活的重要议题，医疗保健受到无处不在的气-液-固微生物和病毒的巨大挑战。其中，细菌感染对人体健康构成严重威胁。特别地，过度和广泛使用抗生素导致的耐药细菌使问题更加严重。为了解决这些问题，迫切需要开发能够杀死耐药细菌的安全和高效的非抗生素抗菌材料。
活性氧（ROS）通过破坏细菌的活性物质并诱导氧化应激被广泛用于新型抗菌材料中。与依赖光、电、超声等外场激发产生ROS不同，具有类酶活性的纳米材料（纳米酶）可以在相对温和条件下高效催化ROS生成，这进一步拓宽了纳米材料的应用范围。此外，与天然酶相比，纳米酶具有结构简单、性能稳定、可设计性强、生物相容性高等优点。其中，具有类过氧化物酶（POD）活性的材料在催化H2O2氧化底物领域极有前途，如Fe3O4、V基纳米酶、Cu2WS4等，在抗菌和癌症治疗方面也报道了一些开创性工作。此外，还发现通过引入不饱和金属-氮活性中心（例如Fe-Nx，Co-Nx）和潜在的共轭位点来促进电子转移，可以进一步提高材料的POD活性。已经开发了元素掺杂和单原子制备等技术来制备POD纳米材料。然而，由于制备工艺复杂且抗菌性能较低，它们的广泛使用仍然遥不可及。近年来，锌沸石咪唑骨架材料（ZIF-8，也称MAF-4）已从气体吸附储存领域延伸到生物领域。通常，ZIF-8由于其可降解性和生物相容性，被发现是具有纳米酶天然优势的新兴材料。ZIF-8因其结构稳定、易于调节和大比表面积等优势通常被作为纳米酶的载体或前驱体。通过对ZIF-8结构的深入研究发现，该框架中未开发的活性位点，包括金属氮结构和生物活性咪唑共轭配体等，赋予了ZIF-8直接作为活性结构设计新型纳米酶的能力。
细菌性病原体对人类健康构成严重威胁，迫切需要开发高效抗菌材料，以消除日益严重的耐药菌污染。本文报道了具有不饱和铜(I)的Cu掺杂ZIF-8颗粒的高过氧化物酶样活性（图1）。在50 μg mL-1的低浓度下，30分钟可实现99.998%的抗菌率，并对大肠杆菌完全灭菌（高达8 log，图2）。对耐甲氧西林葡萄球菌（MRSA）的抗菌活性可达99.999%，比万古霉素高几个数量级。机理表明，不饱和Cu-Nx位点是类酶活性中心，可促进H2O2对细菌还原物质的消耗，生成的*OH进一步加重细菌氧化应激和膜损伤（图3）。与天然酶类似，Cu-ZIF-8上的吸附态氧物种可通过配体和铜中心之间的电荷转移和结构变化增强其氧化活性（图4）。DFT计算进一步验证了上述机理（图5），具有类过氧化物酶活性的Cu掺杂ZIF-8在抗菌应用中显示出巨大的潜力，其催化机理有助于理解具有Cu-Nx位点的纳米颗粒的高抗菌活性。
Wang X, Wang H, Zhang J, et al. Peroxidase-like active Cu-ZIF-8 with rich copper(I)-nitrogen sites for excellent antibacterial performances toward drug-resistant bacteria. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6699-x.
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