拓撲結構對其光動力殺菌性能的影響

　　江南大學嚴秀平教授課題組選擇四種不同拓撲結構的卟啉金屬有機骨架作為模型，揭示了拓撲結構對其光動力殺菌性能的影響。卟啉金屬有機骨架結構中每個Zr₆O₈簇連接的卟啉分子數越多、孔徑越大、卟啉活性位點距離越遠，越有利于單線態氧產生，使光動力殺菌效果越顯著。

　　光動力殺菌是光敏劑在合適波長的光照射下，通過能量轉移或電子轉移的方式，產生活性氧（尤其是單線態氧）作用于微生物，導致微生物死亡。卟啉作為光敏劑在光動力殺菌中發揮重要作用。由于其剛性平面大環結構和疏水性導致其在激發態下易于自猝滅，降低單線態氧產量，從而降低光動力殺菌效果。

　　卟啉金屬有機骨架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是由卟啉或金屬卟啉作為有機配體與金屬離子或離子簇通過配位鍵組裝而成的多孔配位聚合物。卟啉單元在框架中周期性排列，可避免其在激發態下自猝滅。此外，卟啉MOFs的多孔結構有利于單線態氧擴散，提高其光動力殺菌效果。雖然已有報道卟啉MOFs的拓撲結構影響其發光性能、催化能力及氣體儲存量，但關于卟啉MOFs的拓撲結構對其光動力殺菌性能的影響尚未見報道。

　　基于上述考慮，嚴秀平教授課題組選擇四種卟啉MOFs（MOF-525、MOF-545、PCN-223和PCN-224分別基于ftw、csq、shp和she拓撲結構）作為模型，研究了拓撲結構對光動力殺菌性能的影響。單線態氧產生能力和光動力殺菌性能的順序為MOF-545>MOF-525>PCN-224>PCN-223。通過拓撲結構分析，由于Zr4+的配位基團不同導致卟啉MOFs形成不同的拓撲結構，從而影響孔徑和卟啉活性位點的距離。卟啉MOFs結構中每個Zr6O8簇連接的卟啉分子數、孔徑和卟啉活性位點的距離均影響單線態氧產生。當不同MOFs具有類似孔徑和卟啉活性位點距離時，每個Zr6O8簇連接的卟啉分子數在單線態氧產生中占主導地位。當MOFs結構中每個Zr₆O₈簇連接的卟啉分子數相同或者更少時，孔徑和卟啉活性位點的距離主要影響單線態氧的產生。

　　綜上所述，卟啉MOFs結構中每個Zr6O8簇連接的卟啉分子數越多、孔徑越大、卟啉活性位點距離越遠，越有利于單線態氧產生，光動力殺菌效果就越顯著。

　　圖1 (a)光動力殺菌示意圖。(b)不同MOFs光動力殺菌后的菌落照片。

　　圖2 (a)四種卟啉MOFs的拓撲結構示意圖。（b）四種卟啉MOFs在水中的紫外-可見吸收光譜。(c) ABDA在359 nm處的吸光度隨光照時間的變化。

　　在這項工作中，作者通過對四種卟啉MOFs的拓撲結構及光動力學性能進行比較，揭示了拓撲結構對其光動力殺菌性能的影響。這項工作為設計新型MOFs作為高效光敏劑用于殺菌和治療具有指導意義。