研究背景：

在过去几十年中，抗生素的过度使用以及不当排放和在生态系统中的沉积，导致细菌中多重耐药性的急剧出现，对公众健康造成了严重后果。因此，世界卫生组织（WHO）将AMR列为全球十大公共卫生威胁之一，这促使人们研发安全有效的抗菌剂，以应对感染性细菌和日益增长的耐药性问题。

电纺纳米纤维膜（ENMs）因其具有仿生细胞外基质结构、可生物降解、可润湿和透气等特性，已被广泛应用于环境和生物医学领域。近年来，为提高治疗效果，研究人员尝试通过控制纺丝过程来优化膜的微观结构，包括层状、中空和核壳结构等。值得注意的是，除了单喷嘴法外，同轴电纺技术可一步制备核壳结构纳米纤维，能够构建多尺度纤维支架，用于靶向药物递送和组织工程等复杂应用。

近期，南京医科大学陈进教授等人通过同轴静电纺丝技术，将槲皮素稳定的硒纳米颗粒（Qu@SeNPs）和二硫化钼纳米片与聚乙烯醇（PVA）成功混合，制备出具有核壳结构的先进纳米纤维膜，用于对抗耐药细菌。相关研究成果以“Coaxially fabricated electrospinning near-infrared light-responsive nanofibrous membranes for combating drug-resistant bacteria”为题目，发表在期刊《Journal of Hazardous Materials ( IF 11.3 )》上。

本文要点：

1、该研究制备了一种同轴电纺纳米纤维膜（PMLQS ENMs），其由槲皮素稳定的硒纳米颗粒（Qu@SeNPs）和电合成的二硫化钼（MoS₂）纳米片通过同轴电纺技术制成，具有近红外光响应特性，可对抗耐药菌。

2、通过化学还原法制备 Qu@SeNPs；PMLQS ENMs 对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）有优异的近红外光响应杀伤效果；细胞毒性和斑马鱼发育毒性低；转录组分析显示其能降低细菌耐药性。

3、该纳米纤维膜通过破坏细菌的离子运输、抗氧化系统、碳水化合物代谢和能量代谢等发挥抗菌作用，还能阻断 MRSA 的 ADI 通路，减少抗生素耐药性的发展，在环境和生物医学领域有巨大应用前景。

图 1. 抗菌聚乙烯醇/二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）同轴纳米纤维膜的制备（A）；使用 PMLQS 同轴纳米纤维膜通过 808 nm 激光照射进行灭菌（B）。

图2. Qu@SeNPs的TEM和SEM图像（A， B）；Qu@SeNPs的元素图（C-F）、紫外可见光谱(G)、红外光谱(H)；SeNPs的XRD谱(I)，不同浓度下Qu和Qu@SeNPs的抑菌试验(J)。

图 3. 二硫化钼（MoS₂）的透射电镜（TEM）图像（A）、X 射线衍射（XRD）图谱（B）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）（C）。不同浓度下二硫化钼（MoS₂）的光热转换循环测试（D）、光热效应（E）和光热图像（F）（功率密度：2.0 W/cm²）。近红外光（NIR）照射和黑暗条件下二硫化钼（MoS₂）的抗菌结果（功率密度：2.0 W/cm²）（G）。

图 4. 所制备纳米纤维膜的透射电镜（TEM）图像：聚乙烯醇（PVA）（A）、聚乙烯醇/硫辛酸（PVA/LA）（B）和聚乙烯醇/二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）（C）。所制备纳米纤维膜的扫描电镜（SEM）图像及直径分布：聚乙烯醇（PVA）（D、G）、聚乙烯醇/硫辛酸（PVA/LA）（E、H）和聚乙烯醇/二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）（F、I）（比例尺：1 μm，放大倍数：1000 倍）。所制备纳米纤维膜的能量色散光谱（EDS）元素分布图：聚乙烯醇/硫辛酸（PVA/LA）（J-M）、聚乙烯醇/二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）（N-S）。

图 5. 聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇/硫辛酸（PVA/LA）、聚乙烯醇/ 二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）在 2 小时内的 DPPH 自由基清除效率（A）。槲皮素（Qu）、硒纳米颗粒（SeNPs）、槲皮素稳定硒纳米颗粒（Qu@SeNPs）及电纺纳米纤维膜（ENMs）的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）（B）。电纺纳米纤维膜在 72 小时内的重量吸收曲线（C）和水蒸气透过率（WVTR）（D）。不同浓度下电纺纳米纤维膜的光热效应（功率密度：2.0 W/cm²）（E）及不同功率下的光热效应（F）。聚乙烯醇/二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）电纺纳米纤维膜的光热转换循环测试（G）。近红外光照射下膜的光热图像（H）。

图 6. 聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇/硫辛酸（PVA/LA）、聚乙烯醇/二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）在有无近红外光（NIR）照射下的抗菌结果（A）。金黄色葡萄球菌（S. aureus）和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的对照组及经聚乙烯醇/硫辛酸（PVA/LA）和聚乙烯醇/二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）纳米纤维膜在有无近红外光照射（功率密度：2.0 W/cm²，时间：10 分钟）处理后的扫描电镜（SEM）图像（B）。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的对照组及与聚乙烯醇/硫辛酸（PVA/LA）和聚乙烯醇/二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）纳米纤维膜在有无近红外光照射接触后的共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像。所有样品在观察前均用钙黄绿素 - AM（绿色）和碘化丙啶（红色）染色 60 分钟。

图 7. 3T3-L1 细胞（A-C）和人皮肤成纤维细胞（HSF）（D-F）在暴露于聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇/硫辛酸（PVA/LA）和聚乙烯醇/二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）纳米纤维膜浸出液（有无近红外光照射）24 小时后的细胞毒性。2 小时红细胞溶血试验的图像和结果（G-H）。斑马鱼卵在 5 天内经聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇/硫辛酸（PVA/LA）和聚乙烯醇/二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）（有无近红外光照射）处理后的图像（I）以及 3 天内的孵化率（J）（功率密度：2.0 W/cm²）。

结论

在本研究中，为制备具有调控微观结构的复合电纺纳米纤维膜（ENMs），作者首先通过简单的化学还原法合成了槲皮素稳定的硒纳米颗粒（Qu@SeNPs），并通过熔盐电解法合成了二硫化钼（MoS₂）纳米片。由天然草本成分槲皮素和必需微量元素硒形成的 Qu@SeNPs 具有生物安全性，且具备显著的抗菌和抗氧化特性。随后，通过同轴电纺技术成功制备了具有核壳结构的多功能聚乙烯醇/二硫化钼/硫辛酸/槲皮素稳定硒纳米颗粒（PMLQS）纳米纤维膜。

在近红外光照射下，该纤维支架可产生约 50℃的局部高热，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）等模型细菌表现出显著的抗菌效果，能有效抑制其生长。值得注意的是，该纳米纤维膜对革兰氏阳性（G⁺）金黄色葡萄球菌和 MRSA 的抗菌效果优于革兰氏阴性（G⁻）大肠杆菌，具体表现为细菌细胞膜出现明显结构损伤，导致细菌存活率下降。抗菌实验表明，二硫化钼的光热活性在纤维支架中得到较好保留，使构建的纤维支架具备优异的近红外光响应效果，可充分杀灭包括耐药菌 MRSA 在内的测试细菌。

此外，转录组学分析显示，在近红外光照射下，经 PMLQS 纳米纤维膜处理后，MRSA 的灭活涉及离子运输、抗氧化系统、碳水化合物代谢和能量代谢的紊乱。同时，处理后细菌的精氨酸脱亚胺酶（ADI）通路被抑制，这可能延缓抗生素耐药性的发展。

因此，所构建的同轴纤维膜具有良好的透气性和生物相容性，且细胞毒性和斑马鱼发育毒性较低，作为一种集成纳米平台，在食品包装、抗菌伤口敷料等环境和医疗健康领域具有广阔的应用前景。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138106