高冠斌教授团队在AFM上发表仿生纳米抗菌材料最新研究成果

近日，武汉理工大学神经退行性疾病纳米医药湖北省重点实验室高冠斌教授团队在化学和材料科学领域的国际顶级权威期刊《Advanced Functional Materials》（IF:18.5, 中科院和JCR双一区TOP期刊）上发表最新研究成果，成功设计并合成出一种新型非抗生素仿生纳米海胆材料——Au@ZnO 纳米海胆（Au@ZnO-NUs。该材料在抗菌领域展现出卓越性能，为应对日益严峻的细菌感染，尤其是耐药菌问题带来新曙光。

 当前，细菌感染，特别是耐药菌株引发的感染，已成为全球公共卫生面临的十大威胁之一。世界卫生组织数据显示，细菌感染是全球第二大死亡原因，全球八分之一的死亡与之相关。抗生素的过度使用导致耐药菌迅速滋生，治疗难度不断加大。据 2019 年抗菌药物耐药性跨机构协调小组数据，全球每年因耐药菌感染导致的死亡人数超过70万，预计到2050年这一数字将增至每年1000万。

基于非共价相互作用的纳米生物界面设计准则示意图

在此背景下，研发高效、长效、广谱且非抗生素的消毒剂迫在眉睫。受自然界中海胆形态及蝉翼表面天然尖刺抗菌阵列的启发，研究团队开发出了 Au@ZnO-NUs。这种纳米海胆由一个直径为25±5 nm的金纳米核以及围绕其周围的 16±2 根长度为 50±5 nm、直径为14±6 nm的氧化锌纳米茅组成。研究发现，该材料在低浓度（< 8μg/mL）下对包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）在内的7种典型细菌的抗菌效果超过 99.47%，且能保持至少30天的长效抗菌作用。

 研究表明，Au@ZnO-NUs 的抑菌机制涉及多种途径，通过实验和转录组分析发现，其能够物理穿透细菌细胞壁、过度产生活性氧（ROS）、耗散膜电位、下调 ATP 水平以及破坏生物膜结构。此外，这种纳米海胆可通过喷雾方式在任何表面形成类似蝉翼的纳米尖刺阵列抗菌层，且具有良好的耐冲洗性能并能持续抗菌超过24小时。

喷雾型 Au@ZnO-NUs 在日常不同表面的抗菌能力

       值得一提的是，在 MRSA 感染的大鼠大伤口（25 mm）愈合模型实验中，Au@ZnO-NUs 展现出了出色的抗菌性能，效果甚至优于万古霉素，接近无菌伤口的自然愈合率。

这项研究不仅为日常抗菌应用提供了极具潜力的候选材料，还推动了非抗生素抗菌策略的仿生设计发展。未来，随着进一步的研究和优化，这种新型抗菌材料有望在医疗、食品、环境等多个领域得到广泛应用，为解决全球耐药菌危机发挥重要作用。

神经退行性疾病纳米医药湖北省重点实验室博士生张子俊为该论文的第一作者，高冠斌教授为通讯作者。本研究获国家自然科学基金项目（52273110, 52372271）、国家高层次人才特殊支持计划和湖北省青年拔尖人才计划支持。论文详细数据参见《Advanced Functional Materials》第35卷（2025年）。

文章信息：Zijun Zhang, Limei Qian, Nan Zhang, Xiaobing Gao, Taolei Sun, Guanbin Gao*, Engineering A Non-Antibiotic Biomimetic Nano-Urchin for Broad-Spectrum and Long-Acting Antibacterial Spraying, [J] Advanced Functional Materials, 2025, 35, DOI: 10.1002/adfm.202501119.

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725013981