孙涛垒教授团队在ACS Materials Letters上发表金纳米粒子的结构特征与其抗菌功效之间的最新研究成果

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孙涛垒教授团队在化学领域顶级期刊《ACS Materials Letters》（IF = 9.9, JCR一区）上发表最新研究成果，三种不同长度的配体 （3/6/11-氨基硫醇盐酸盐 （APT/AHT/AUT）） 被修饰到超小（d < 3 nm）金纳米颗粒（AuNPs）的表面，以研究配体长度对其抗菌性能的影响。本研究发现与中链配体修饰的AuNPs相比，短链配体修饰的AuNPs和长链配体修饰的AuNPs对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出更好的抗菌活性。

细菌感染会带来重大的健康风险，凸显了对高效和生物相容性抗菌剂的迫切需求。纳米材料代表了对抗细菌威胁的一种很有前途的方法。其中，AuNPs因其卓越的抗菌性能而引起了相当大的关注，尤其是对耐药菌株的抗菌性能。目前的研究工作集中在阐明 AuNPs 的结构特征与其抗菌功效之间的关系，以扩大和增强对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的效果。

不同配体链长的金纳米粒子的抗菌性能示意图

研究团队通过分子对接和QCM吸附实验发现，具有不同配体链长度的三种 AuNPs的末端氨基均可能与脂多糖（LPS）和脂磷壁酸（LTA）分子上的O^-发生静电相互作用或形成氢键。QCM实验结果进一步表明，APT-AuNPs、AHT-AuNPs和AUT-AuNPs都吸附了LPS和LTA。具体来说，APT-AuNPs 和 AUT-AuNPs 对 LPS 的吸附速率相当，均显著高于 AHT-AuNPs 对 LPS 的吸附速率。对于 LTA，吸附速率遵循以下顺序：AUT-AuNPs > APT-AuNPs > AHT-AuNPs。这些吸附结果与观察到的抗菌效果一致。三类具有相同末端基团但链长不同的金纳米颗粒接触细菌时，会通过相似的静电作用或氢键在相同位点吸附于细菌膜表面的LPS或LTA。但由于配体长度差异，金纳米颗粒对细菌的吸附效率存在区别，最终导致其抗菌效果产生分化。

不同配体链长的金纳米粒子对细菌的QCM吸附图和TEM图

随后，我们进一步阐明了金纳米颗粒（AuNPs）诱导细菌死亡的生化机制。已有研究表明，纳米抗菌剂通常通过破坏膜完整性、耗散膜电位以及调控活性氧（ROS）生成等途径导致细菌死亡。因此，本研究从三个途径探究了AuNPs的抗菌作用机制。实验结果显示三种AuNPs均能影响细菌的生化指标，APT-AuNPs和AUT-AuNPs相较于AHT-AuNPs展现出的更优异抗菌效果，可归因于其更强的膜结构破坏能力、更显著的ATP耗竭作用以及更强的ROS生成诱导能力。

神经退行性疾病纳米医药湖北省重点实验室的硕士生姚泽晖为该论文的第一作者，高冠斌教授、张沙沙老师为共同通讯作者。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《ACS Materials Letters》第7卷（2025年），论文编号4c02608。

文章信息：Zehui Yao, Shasha Zhang*, Zijun Zhang, Quan Wan, Taolei Sun, Guanbin Gao*. Effect of Ligand Length on Antibacterial Activity of Ultra-small Gold Nanoparticles [J]. ACS Materials Letters. 2025, 7, 1520-1525.

文章链接: https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.4c02608