光活化吩噻嗪化合物将硫染纤维素纤维织物转化为高效抗菌抗病毒材料的研究

为解决COVID-19大流行和超级耐药菌的威胁，研究人员探索了基于吩噻嗪（PTZ）的光敏剂在织物中的抗菌抗病毒应用。通过将工业染料硫黑（SB）和抗精神病药物氟奋乃静（FP）转化为稳定的阳离子自由基（FP•+/SB•+），研究证实其对冠状病毒和细菌的灭活效果，其中FP因能产生单线态氧（1O2）而表现更优。该研究为开发兼具染色和抗菌功能的新型染料提供了理论依据，发表于《Next Materials》。

　　

随着COVID-19大流行和超级耐药菌的蔓延，自消毒材料的需求日益迫切。传统抗菌手段如金属纳米颗粒、季铵盐等存在毒性、易洗脱或光依赖性等缺陷。而吩噻嗪类化合物（PTZs）因其独特的光化学性质，在光照下可生成稳定的阳离子自由基和活性氧物种（ROS），展现出长效抗菌潜力。然而，工业染料中PTZs结构的抗菌机制尚未明确，这成为该领域的关键空白。

为填补这一空白，巴西联邦大学ABC中心的研究团队以硫黑（SB）和氟奋乃静（FP）为模型，首次系统研究了工业PTZ染料的抗菌抗病毒性能。通过紫外-可见光谱（UV-vis）和电子顺磁共振（EPR）技术，证实FP和SB在棉织物（100%C）中可形成稳定阳离子自由基（FP^•+/SB^•+）。其中FP还能通过II型机制产生单线态氧（¹O₂），而SB仅依赖I型机制生成自由基。研究通过qPCR和细菌菌落计数证实，FP处理的织物对冠状病毒（HCoV-229E）和大肠杆菌的灭活效率分别达800万倍和80%，显著优于SB。脂质体氧化实验（FTIR/EPR）进一步揭示，FP通过自由基和¹O₂协同破坏病毒包膜脂质，而SB仅依赖近距离自由基攻击。值得注意的是，FP的抗菌活性在洗涤后仍保留63%，而SB因工业染色工艺展现出更优的耐洗性。

研究主要采用以下技术：1）UV-C辐照诱导PTZs自由基生成；2）近红外光谱（NIR）检测¹O₂；3）qPCR定量病毒载量；4）衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）分析脂质氧化；5）MTT法评估细胞毒性。

3.1 自由基在棉织物中的表征

UV-vis和EPR证实FP^•+在520 nm处有特征吸收，而SB^•+存在单体和聚集体两种形态（占比74%和26%）。工业染色的SB表现出优异的耐光性和耐洗性（ΔE=0.63），而FP浸渍织物洗涤后颜色变化显著（ΔE=14.88）。

3.2 抗病毒应用

FP处理的织物使HCoV-229E病毒载量降低8个数量级，且洗涤后活性仅衰减37%。SB需1小时接触才能显著减少细菌菌落，而FP在5分钟内即可灭活80%细菌。

3.3 机制解析

FP在乙腈中可产生¹O₂（1270 nm信号），而SB无此能力。脂质体实验中，FP导致磷脂酰胆碱（PC）的FTIR谱带展宽（特别是D₂O样品），表明¹O₂介导的氧化损伤；而SB仅引起轻微变化，与其有限的抗菌效果一致。

这项研究首次揭示了工业PTZ染料的抗菌机制，提出“自由基-单线态氧”协同作用模型，为开发兼具染色功能和持久抗菌性能的智能纺织品提供了新思路。未来可针对非包膜病毒和禽流感病毒（H5N1）拓展应用，或通过结合金属纳米颗粒增强光动力效应。论文由Lilian Martins-Nascimento等完成，通讯作者为Iseli L. Nantes。