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人類的大多數(shù)疾病都源于各種混合細菌的感染。有機類代表藥物在細菌性疾病的治療中占據(jù)主導地位，但在治療過程中存在抗生素耐藥性。改變功能性有機分子的官能團，了解其生物活性與結構之間的結構-功能關系，對細菌性疾病的治療極具挑戰(zhàn)。因此，研究具有特定活性骨架的功能有機分子，并探討其活性骨架與生物活性之間的結構-功能關系具有極大的科學價值。

Figure 1. Morphology characterization of BCA nanosheets. (a) Representative low-magnification TEM image. (b) Representative low-magnification TEM partial image of BCA nanosheets, and (c) HAADFTEM image of BCA nanosheets. The corresponding EDS elemental mappings of (d) C, (e) O, and (f) Br element.

通過X射線衍射分析了BCA納米片的結構（圖2a），發(fā)現(xiàn)BCA 納米片與其試劑表現(xiàn)出相同的X射線衍射模式，表明濕化學法制備的納米片沒有改變α-溴肉桂醛試劑本身的結構。XPS 顯示了 BCA 納米片上的 C-C、C-Br、C=O 和 Br 取代鍵信息。XPS 分析表明，疊加譜只顯示了碳（C 1s）和氧（O 1s）的兩個特征峰。核電峰分別為 284.90、286.20 和 288.90 eV，可能與 C-C、C-Br 和 C=O 有關（圖 2b）。O 1s 的反卷積光譜在 533.3 和 532.1 eV 處分別出現(xiàn)了兩個峰，這可能與 C=O 和 -OH 基團的存在有關（圖 2c）。納米片的 Br 3d _3/2 和 Br 3d_5/2 峰的結合能分別為 71.4 和 70.3 eV（圖 2d）。這些結果表明成功合成了 BCA 納米片。

圖3a、b中，當BCA納米片的用量為250 μL時，大腸桿菌的抑菌圈半徑達到30 mm，金黃色葡萄球菌的抑菌圈半徑達到26 mm，與空白對照組相比，BCA納米片組的抑菌圈半徑隨著BCA納米片用量的增加而增加。相同濃度的肉桂醛納米片組和α-甲基肉桂醛納米片組的抑菌圈半徑均無明顯變化，說明BCA納米片具有更好的抗菌性能。

DFT 計算結果表明，溴基團的吸電子效應降低了醛基的電子云密度，增強了肉桂醛骨架的抗菌活性。這一結果源于α-溴肉桂醛結構中α位的吸電子效應。由于溴是吸電子基團，當溴在 α 位被取代時，會導致電子云密度降低，肉桂醛骨架中醛基的電負性增加。肉桂醛中的不飽和醛具有很強的負電性，會干擾生物的電子傳遞過程，并會與一些重要的含氮化合物（如一些功能性蛋白質和核酸）發(fā)生反應，從而抑制微生物的生長。因此，可以確定，在 α 位取代溴基會導致電子從醛基轉移到溴，電負性增加，從而進一步增強對微生物的抑制作用。

通過細胞毒性實驗驗證了納米片的生物相容性。圖 5a 顯示，隨著 BCA 納米片濃度的增加，與 HSF 細胞共培養(yǎng) 24 小時的細胞活性略有下降。當 BCA 納米片溶液的比例為 100%時，細胞存活率仍接近 80%（圖 5a）。使用激光共聚焦顯微鏡觀察了細胞的活/死成像（圖 5b）。結果發(fā)現(xiàn)，實驗組的細胞存活率與空白對照組相似，幾乎沒有死細胞存在。表明 BCA 納米片對 HSF 細胞無明顯毒性。此外，果蠅動物模型實驗（圖 5c）表明BCA納米片對幼蟲的神經(jīng)系統(tǒng)和運動能力均無明顯影響。

圖 6a 小鼠傷口模型實驗表明，與空白對照組相比 BCA 納米片處理的小鼠的傷口愈合速度明顯快于對照組。處理組的大多數(shù)小鼠在 13 天后感染得到控制，傷口基本愈合，證實了 BCA 納米片的傷口愈合能力。H&E 染色（圖 6b）進一步證實BCA 納米片組的傷口炎癥浸潤較少，中性粒細胞明顯減少，這表明 BCA 納米片通過其抗菌作用減輕了傷口處的炎癥。血管新生促進了成纖維細胞向傷口表面的遷移和上皮細胞的再生。

圖 6. BCA 納米片在小鼠模型上的傷口消毒能力。

Figure 6. Wound disinfection capability of BCA nanosheets on mouse model. (a) Photographs of S. aureus infected wounds treated with PBS, BCA nanosheets, (b) Histological photomicrographs of skin tissue sections after H&E staining. Red arrows represent inflammatory cells, including lymphocytes, neutrophils and macrophages; black arrows represent fibroblasts, and blue arrows represent neovascularisation.

總之，我們報告了一種分子觀點策略，即通過簡單的再沉淀法將肉桂醛及其衍生物自組裝成二維納米片狀抗菌材料，并用不同性質的基團取代有機小分子骨架以實現(xiàn)不同的抗菌效果。有機小分子的納米化彌補了一類有機抗菌劑不溶于水、易氧化和揮發(fā)的缺點。抑制圈法證實了合成的α-溴肉桂醛納米片具有前所未有的抗菌活性。DFT 計算表明，肉桂醛 α 位上的吸電子基團導致醛基電子云密度降低，電負性增加，從而增強了醛基的抗菌活性。CCK-8、激光共聚焦和果蠅實驗證實了 BCA 納米片具有良好的生物相容性。這項研究為合成具有良好生物相容性的低成本有機納米材料提供了一種新策略。它有望拓展天然有機小分子材料在抗菌劑中的應用。