α-银钨酸盐纳米颗粒的抗菌活性与生物相容性研究：对抗耐药微生物的新策略

本研究针对全球日益严峻的耐药微生物威胁，通过超声法合成α-Ag2WO4纳米颗粒(NPs)，系统评估其对白色念珠菌(C. albicans)、金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)的抗菌活性及细胞毒性。结果表明，该材料通过产生活性氧(ROS)和释放Ag+离子，对三种微生物表现出显著抑制作用(MIC低至0.48μg/mL)，同时浓度≥15.62μg/mL时对L929成纤维细胞显示毒性，为开发新型抗菌材料提供了重要依据。

　　

研究背景

微生物耐药性已成为21世纪最严峻的公共卫生挑战之一。随着抗生素滥用加剧，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)等"超级细菌"和白色念珠菌等耐药真菌导致的感染死亡率持续攀升。传统抗菌药物开发陷入瓶颈，而纳米技术为破解这一困局提供了新思路。其中，银基材料虽具抗菌潜力，但存在毒性大、稳定性差等缺陷。为此，科学家将目光投向银基半导体材料，如钨酸银(α-Ag₂WO₄)——这种具有三维结构的金属氧化物半导体，因其独特的抗菌机制备受关注。

圣保罗州立大学(UNESP)牙科学院的研究团队通过创新性的超声合成法，成功制备出纳米棒状α-Ag₂WO₄颗粒(长122±32 nm，宽24±14 nm)，并系统研究其对抗三种典型病原微生物的效果及生物安全性。相关成果发表于《Heliyon》期刊，为开发新一代抗菌材料奠定了重要基础。

关键技术方法

研究采用超声法合成α-Ag₂WO₄ NPs，通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征其结构形态；采用微量肉汤稀释法测定最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC/MFC)；使用CM-H2DCFDA荧光探针检测活性氧(ROS)生成；通过MTT法和共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)评估L929成纤维细胞毒性。

研究结果

1. 理化特性分析

XRD证实产物为Pn2n空间群的纯正交晶系结构，SEM显示纳米棒形貌。动态光散射(DLS)检测显示水中分散良好(粒径约150nm)，zeta电位-28.4mV。离子释放实验发现Ag⁺和W⁶⁺释放呈浓度依赖性，62.5μg/mL时达峰值(Ag⁺ 2.12ppm)。

2. 抗菌活性

• 白色念珠菌：MIC 3.90μg/mL，MFC 7.81μg/mL

• 金黄色葡萄球菌：MIC与MBC均为62.50μg/mL

• 大肠杆菌：MIC与MBC低至0.48μg/mL

  CLSM图像直观显示NPs导致微生物膜结构损伤，活菌(绿色荧光)比例显著降低。

3. ROS生成机制

所有测试微生物接触亚抑制浓度NPs后，ROS产量较对照组显著增加(p<0.001)，其中大肠杆菌响应最敏感。

4. 生物相容性

MTT实验表明：

• ≤7.81μg/mL时细胞活性与对照组无差异

• 15.62μg/mL时存活率骤降至14.89%(p<0.0001)

  CLSM图像显示高浓度组出现明显细胞核固缩(红色荧光)。

结论与意义

该研究首次系统评估了超声合成α-Ag₂WO₄ NPs的抗菌谱与生物安全性，揭示其抗菌效果存在菌种特异性：对革兰阴性菌(E. coli)和真菌(C. albicans)的抑制浓度显著低于革兰阳性菌(S. aureus)，这种差异可能与细胞壁结构有关。机制研究表明，ROS爆发和Ag⁺释放共同构成其抗菌作用基础。

尽管高浓度(≥15.62μg/mL)对哺乳动物细胞显示毒性，但针对口腔念珠菌病(MIC 3.90μg/mL)等特定感染场景，该材料仍具有临床应用潜力。研究者建议后续重点优化三个方面：1)通过表面修饰改善生物相容性；2)评估对生物膜的穿透能力；3)开发牙科植入物涂层等医疗器械应用。这项研究为设计"智能"抗菌纳米材料提供了重要理论依据和实践指导，对应对全球耐药危机具有积极意义。