CEJ研究进展｜超饱和度调控AuPd@Pd核-卫星纳米片，实现高效近红外光热抗耐药菌

研究亮点

一锅法构筑核卫星结构：层状胶束限制二维生长，过饱和度调节片内形貌与边缘卫星的形成。

响应两种近红外波长：材料在 808 nm 和 1064 nm 下均可升温，其中优化样品在 1064 nm 下的光热转换效率为 53.43%。

体外抗菌依赖光照：优化样品在近红外照射下抑制 MRSA，并对多种受试细菌表现出超过 90% 的抗菌率。

01 从平面生长到边缘长出卫星

这项工作的合成思路，可以理解为同时调节“生长空间”和“原子供给”。十八烷基三甲基氯化铵（OTAC）形成的层状胶束，为金属生长提供二维限域环境；金、钯前驱体在抗坏血酸作用下被还原，而反应体系中的原子过饱和度则影响成核与生长的竞争。

图 1｜过饱和度调控 AuPd 纳米结构形貌的示意图。

随着过饱和度变化，产物由片内分枝结构逐步转向带有褶皱的纳米片，并在较高过饱和度下形成核卫星结构。作者认为，这一过程还受到金、钯晶格失配的影响：胶束限域、原子供给和应变释放共同塑造了最终形貌。

电镜和元素分布表征进一步显示，金主要分布在片状核心，钯在边缘区域更为富集。它并不是简单地给金纳米片包覆一层连续钯壳，而是形成了具有边缘颗粒与异质界面的二维结构。

02 两种近红外波长下都能把光变成热

为什么要设计这样的结构？在常规金核钯壳体系中，钯壳可能削弱金的等离激元响应。本研究尝试通过褶皱和边缘卫星的空间排布，在引入钯组分的同时保留较强的近红外吸收。

实验结果显示，系列样品在 808 nm 和 1064 nm 激光照射下均有明显升温。以优化样品 AuPd@Pd CSNPs-V 为例，在 1 W/cm²、照射 20 min 的光热测试中，两种波长下的温升分别为 34.7 ℃ 和 30.3 ℃。这里的数值是相对初始温度的变化，并非最终温度。

图 2｜1064 nm 下的升温、冷却和循环稳定性表征。

在 1064 nm 下，CSNPs-V 的光热转换效率达到 53.43%。经过 5 次加热—冷却循环，其温升基本保持稳定，说明该样品在论文所用测试条件下具有较好的光热循环稳定性。

03 褶皱与异质界面如何改变光学响应

为了理解结构与性能之间的关系，研究团队进行了电磁模拟，对比平整纳米片、褶皱纳米片及引入钯卫星后的光学响应。

模拟表明，加入钯卫星后，吸收峰出现红移并展宽；卫星尺寸变化也会影响光谱。与此同时，褶皱、边缘和金属接触界面改变了局域电场的空间分布，部分界面区域出现电场增强。

图 3｜不同结构的吸收光谱与局域电场分布模拟。

这意味着，材料的光学表现不仅取决于“用了多少金和钯”，也取决于它们“长在什么位置、形成怎样的形貌”。把组分设计与空间结构结合起来，是这项研究值得关注的材料学思路。

不过，模拟采用的是简化几何模型。真实样品存在尺寸分布、随机褶皱及可能的颗粒相互作用，因此模拟主要用于解释变化趋势，不能理解为对实际体系中每一个局部细节的直接测量。

04 光热性能能否转化为抗菌效果

研究团队首先选择耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）作为模型菌。无近红外光照时，各组仍可观察到较多菌落；加入材料并照射后，优化样品的抗菌效果明显增强。

论文结果部分报告，在 1064 nm、3.125 W/cm² 的照射条件下，CSNPs-V 浓度为 1.86 × 10⁹ particles/mL 时，平板上未观察到菌落，作者据此将该浓度认定为最小杀菌浓度。该观察限于论文采用的体外实验条件。

图 4｜不同材料对 MRSA 的抗菌表现，以及优化样品对多种细菌的抗菌结果。

进一步测试中，CSNPs-V 在光照下对粪肠球菌、肺炎链球菌、鼠伤寒沙门氏菌和大肠杆菌的抗菌率均超过 90%。这些结果支持其对多种受试细菌的光热抗菌潜力，但不能外推为对所有耐药菌均有效。

05 抗菌机制的重点在于热效应

“金钯协同”容易让人联想到活性氧杀菌，但具体到这篇论文，机制实验给出的证据需要单独看。

作者报告，ABTS 氧化实验未出现明显的相应信号变化；细菌经 DCFH-DA 染色后，流式检测也未观察到活性氧水平明显升高。此外，60 ℃ 水浴加热对照获得了可比的抗菌效果。作者据此认为，在所测试条件下，抗菌作用主要由光热转换产生的热效应驱动。

因此，这项工作更适合被理解为：通过金钯组分与核卫星结构的配合，改善近红外响应并实现光热抗菌。现有结果不足以把它写成已证实的“光热与活性氧双重协同杀菌”。

研究启示与下一步

这项研究将一条材料设计路线串联起来：调节过饱和度，形成具有表面褶皱和边缘卫星的二维结构，再通过光谱、光热测试与体外抗菌实验验证其功能。对于双金属纳米材料而言，空间排布和界面设计同样可以成为调节性能的关键变量。

研究也留下了明确的后续问题。论文主要提供体外证据，尚不能据此判断其在感染组织中的疗效与安全性。未来仍需进一步考察生物相容性、正常组织的热损伤、材料清除，以及在更低光照强度和更复杂生物环境中的表现。

对科研读者而言，这篇文章最值得带走的启发是：合成阶段对成核与生长的调控，能够通过纳米结构传递到光学响应，最终影响材料的抗菌表现。

论文信息

Yuanyuan Min, Qian Wu, Xiangyu Tong, Xiaoying Shen, Yanyun Ma, Yi Wang, Xiaohu Wu, Pu Zhang, Yiqun Zheng. Supersaturation-induced synthesis of AuPd@Pd core-satellite nanoplates for synergetic near-infrared photothermal eradication of multi-drug-resistant bacteria. Chemical Engineering Journal, 521 (2025), 166811.

DOI：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.166811

参与单位包括济宁学院、重庆师范大学、青岛科技大学、重庆医科大学、苏州大学及山东高等技术研究院。本文为论文解读，实验结果与结论以原文为依据；配图来自原论文。