第一作者：Xu Jiaxin

通讯作者：Kam Chiu Tam

通讯单位：University of Waterloo

研究内容：

提出了一种在甲基丙烯酸-丙烯酸乙酯 (MAA-EA) 纳米凝胶内制备银纳米团簇 (AgNCs) 的稳健方法，其中通过紫外光还原在纳米凝胶支架内产生 AgNCs。研究了紫外线照射时间对 AgNCs 形成的影响及其在生物标记和抗菌性能中的应用。AgNCs 的形成分为两个阶段： (1) Agn (n=2-8) 纳米团簇在 0-25 分钟之间形成； (2) 较大的银纳米粒子 (AgNPs) 通过在纳米凝胶内的聚集形成。抗菌性能取决于银离子 (Ag⁺) 的大小和浓度。对于酵母的抗菌试验，观察到 1.1 ppm 的低最高最大抑制浓度 (HMIC)，对大肠杆菌的 MIC 分别为 11 和 22 ppm。分别为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。结合 AgNCs（发射波长为 525 nm）与死酵母的绿色照明特性，可用于生物标记。通过光辐照调整尺寸，纳米凝胶模板AgNCs是一种很有前途的抗菌和生物标记应用的候选物。

要点一： 

AgNCs 和 AgNPs 的合成一直具有挑战性，许多先前的研究都集中在开发制造稳定 AgNCs 的新方法上。由于还原速度快且粒径难以控制，光还原已成为一种很好的替代方法。然而纯 AgNCs 或 AgNPs 相关的稳定性和毒性限制了它们的进一步应用。在这项研究中，MAA-EA 纳米凝胶被用作“纳米反应器”，通过光还原过程原位合成 AgNCs。假设是纳米凝胶中的羧基可以作为 AgNCs 的生长调节剂，在紫外线照射下可以稳定纳米凝胶内不同大小的 AgNCs。抗菌性能与 Ag⁺ 释放速率密切相关，该速率由 UV 照射系统组装的银电极监测。

要点二：

观察到纳米凝胶 Ag⁺ 系统的三阶段 Ag⁺ 扩散过程，它们与抗菌性能相关，其中 AgNCs@25min 具有最低的 HMIC（1.1 ppm 或 1.1 μg/mL），对应于最高的 Ag⁺释放速率。随着紫外线照射时间的增加，小型 AgNCs（t > 25mins）会发生聚集，导致 Ag⁺ 扩散速率降低和抗菌性能降低。小型 AgNCs (t≤25mins) 具有独特的荧光发射特性，能够在荧光显微镜下区分活酵母和死酵母。高度稳定的纳米凝胶模板化 AgNCs 是有效的抗菌剂，使用后可以回收，与之前报道的其他 AgNPs 和原始 AgNCs 相比，减少了对生态系统的负面影响。

要点三：

纳米凝胶支架既可用作纳米反应器，又可实现精确的尺寸和形状控制以及水溶液中 AgNCs 的稳定剂。纳米凝胶模板内 AgNCs 的尺寸依赖性光致发光可以通过紫外线照射时间和强度来控制。基于荧光 AgNC 的这些优异的化学、物理和生物相容性，它们可用于药物输送、抗菌和生物标记应用。此外，该纳米凝胶模板可用于有机和无机材料的合成和封装，具有更好的形态控制。

图 2： MAA-EA纳米凝胶、AgNO₃和AgNCs在不同紫外照射时间下的FTIR

图 3：  染色的MAA-EA纳米凝胶的正常和放大图的TEM图像(a，b)，形成AgNCs@ （c，d）0，（e，f）6，(g，h) 25，(i,，j ) 60 和 (k，l) 360分钟的UV照射。

图 4：AgNCs在UV照射0、3、6、25、120、200、280和360 min下的UV曲线（A）和不同AgNCs的峰值波长（B）。AgNCs 在可见光下（从 12 点钟点开始）在 0、3、6、15、40、80、120、160、200、240、280、320、360 和 400 分钟下的图片显示在 A 交叉图像中。在紫外光下（从 12 点钟点开始），AgNCs 在 0、3、6、15、40、80、120、160、200、240、280、320、360 和 400 分钟下的图片显示在 B 交叉点图像中。

图 5： Ag⁺浓度作为UV照射时间的函数（A），和对数标度的浓度（B），在银滴定过程中有或没有UV照射的银离子螯合纳米凝胶（透析后）的Ag⁺浓度（C），在银滴定过程中有或没有UV照射的与纳米凝胶混合的AgNO₃的Ag⁺浓度（D）。

图6：（a）不同紫外线照射时间下AgNCs的最高最小抑菌浓度（HMIC），（B）不同紫外线照射时间下AgNCs对酵母的抗菌机制。

图7：CO₂ 产生率与 AgNCs 浓度的关系。

图8：用MB（洗涤2次）染色的纳米凝胶处理的酵母测试样品的显微图像和荧光图像（FITC过滤器）a，b；用MB染色的AgNCS@6min-1.1 ppm酵母测试样品的显微图像和荧光图像c，d；用MB染色的AgNCS@6min-11ppm酵母测试样品的显微图像e；在FITC下用MB染色的AgNCS@6min-11ppm酵母测试样品的荧光显微图像，f和FITC与TRITC过滤器合并，g；FITC滤光下AgNCs@6min-2.2 ppm的荧光显微图像，h。

图9： AgNCs 在 0、6、25、80、120 和 200 分钟紫外线照射下对大肠杆菌（上）和金黄色葡萄球菌（下）的抗菌活性。

参考文献

J. Xu, M. Ramasamy, T. Tang, Y. Wang, W. Zhao, K. Chiu Tam, Synthesis of Silver Nanoclusters in Colloidal Scaffold for Biolabeling and Antimicrobial Applications, Journal of Colloid and Interface Science (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.05.084