题目：Chiral organic nanoparticles based photodynamic antibacterial films for food preservation
期刊：Chemical Engineering Journal
影响因子：15.1
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150361
汇报人：苟知非2023级硕士
摘要：
将手性从小分子转移到纳米材料的概念引起了人们的极大兴趣。本文制备了手性硼二吡咯烯(L/D-BDP)，并将其引入纳米结构(L/D-BDP NPs)。L/D-BDP NPs显著增强了L/D-BDP的手性，从而从根本上增强了抗菌活性。L/D-BDP NPs对革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)具有一定的杀灭作用，且L- BDP NPs的抑菌活性高于D-BDP NPs。将不同含量(0、0.5%、1%和2%)的L/D-BDP NPs与壳聚糖和甘油分别掺杂，制备出CG、0.5% L/DCG、1% L/DCG和2%L/DCG的抗菌膜。其中，2% LCG膜的抑菌活性最高。在为期8天的樱桃保鲜实验中，2% LCG膜在绿光照射8 min后，能有效抑制樱桃霉变，延缓维生素C和总多酚含量的损失，显著延长樱桃常温贮藏期。
研究背景：
近年来，诸如手性Au纳米颗粒(NPs)、手性Au/MoS2纳米晶体等手性无机纳米材料有广泛的研究。与传统的手性无机纳米材料相比，手性有机-无机杂化纳米材料具有源自有机相的韧性和加工性，以及源自无机相的刚性、尺寸稳定性和热稳定性。令人遗憾的是，目前对手性有机纳米材料的研究鲜有报道。手性有机纳米材料通常比无机金属材料毒性更小、更环保，而且制备起来容易、成本更低。目前，手性有机纳米材料在光学、不对称催化、手性识别等领域的应用较多，在杀菌方面的研究较少。
本研究通过L/D -苯丙氨酸(L/D-Phe)修饰BDP合成了两个固有手性BDP(L/D-BDP)。L-BDP的光动力灭活（PDI）活性高于D-BDP。L/D-BDP可以自组装成纳米颗粒，获得L/D-BDP NPs，显著增强了L/D-BDP的手性，提高了PDI抗金黄色葡萄球菌的活性。壳聚糖(CS)是一种天然多糖，是食品包装薄膜的理想材料。L/D-BDP NPs与CS结合可增强PDI活性，显著提高CS基膜的抗菌效果。然而，CS基薄膜由于其脆性，在一些包装应用中受到限制。甘油被认为是生物聚合物基薄膜的良好增塑剂，它可以通过改变聚合物链的相互作用来增强薄膜的阻隔性和机械性能。因此，将不同质量比的L/D-BDP NPs(0.5%、1%和2%，w/w)分别掺杂CS和甘油，采用浇铸法制备了一系列抗菌膜(0.5%L/DCG、1%L/DCG和2%L/ DCG)。值得一提的是，2%LCG膜对金黄色葡萄球菌的抑菌潜力最大。此外，2%LCG膜可以显著延长水果的货架期，并保持水果的感官营养品质。
研究结果：
1. L/D-BDP NPs的制备
图1 L/D-BDP的合成路线
2. L/D-BDP NPs的表征及BDPI、L/D-BDP、L/D-BDP NPs的1O2检测
图2 (a) L/D-BDP在甲醇和L/D-BDP NPs在水中的紫外-可见吸收光谱。(b) 荧光光谱。(c) L/D-BDP NPs在水中的CD谱。(d) L- BDP NPs的TEM图像。(e) D - BDP-NPs的TEM图像。(f) L/ D - BDP-NPs在水中孵育7 d后的直径。(g) 在L-BDP NPs存在下，绿光照射(18 mW cm-2)不同时间DPBF的吸收光谱。(g) 不同时间的绿光照射(18 mW cm-2)下，LBDP NPs存在下DPBF的吸收光谱。(h) 在BDPI、L/D-BDP和L/D-BDP NPs存在下，绿光照射下DPBF在417 nm处的吸收变化。(i) 经PBS处理后的金黄色葡萄球菌生物膜的荧光照片。(j) L/D-BDP NPs处理的金黄色葡萄球菌生物膜在绿光照射下不同时间的荧光照片。
3. BDPI、L/D-BDP和L/D-BDP NPs的抗菌活性及L/D-BDP NPs抗菌机理研究
图3 (a) L/D-BDP NPs辐照后金黄色葡萄球菌的存活率。(b)不同处理下金黄色葡萄球菌的生长曲线。(c) CV染色试验照片。(d) (c)中生物膜存在时对应的生物量。(e)不同处理下金黄色葡萄球菌菌落的照片。(f)金黄色葡萄球菌在(e)中的存活率。(g)金黄色葡萄球菌生物膜的荧光图像。(h)不同处理金黄色葡萄球菌的SEM图像。
4. 薄膜的照片和水接触角(WCA)及薄膜的抗菌效果
图4 (a)薄膜。(b)水接触角。(c)绿光照射前后CG、LCG和DCG膜对金黄色葡萄球菌的抑制带照片。(d)LCG膜的抑菌带直径。(e)DCG膜的抑菌带直径。(f)不同处理下膜的抑菌活性。
5. 薄膜的表征
图5 (a) 2%LCG薄膜表面的SEM图像。(b) 截面。(c) CG、2% lcg和2% DCG薄膜的应力-应变曲线。(d)TS和EB 。(e)WVP 。(f)MC和WS。
6. 樱桃的保存情况
图6 樱桃在储存期间的照片
7. 对樱桃的分析
图7 (a)第8天樱桃的横断面照片和(b)菌落图像。(c) (b)中的细菌菌落定量。(d) (e)(f) 第8天樱桃VC 、TPC和pH 含量。(g)樱桃贮藏失重率。(h) 2%LCG膜共浸渍后模拟液体的紫外-可见吸收光谱。
8. 樱桃不同贮藏时间的感官评价
图8不同组樱桃在储存期间的颜色(a)、硬度(b)、起皱(c)和整体可接受性(d)的感官评价
9. 草莓保鲜
图9 (a)草莓储存期间的照片。(b)第7天草莓的横断面照片和(c)菌落图像。(d)第7天草莓(c)、(e) TPC和(f) VC含量中的菌落定量。(g)草莓贮藏期失重率。
研究结论：
通过L/D-BDP自组装成功合成了手性L/D-BDP NPs，显著增强了L/D-BDP的手性。此外，L/D-BDP NPs可以产生1O2，实现对金黄色葡萄球菌的快速有效灭活。采用L/D-BDP NPs、CS和甘油的混合浇铸法制备了0.5% L/DCG、1% L/DCG和2% L/DCG光动力抗菌膜。其中，2% LCG膜的PDI活性最强，能有效抑制樱桃霉变，延缓VC和TPC的损失，显著延长樱桃常温下的保质期。这项工作为制备具有独特特性和新功能的手性纳米材料提供了更多途径，并进一步激发了其在食品保鲜中的应用。