拓扑结构对其光动力杀菌性能的影响

　　江南大学严秀平教授课题组选择四种不同拓扑结构的卟啉金属有机骨架作为模型，揭示了拓扑结构对其光动力杀菌性能的影响。卟啉金属有机骨架结构中每个Zr₆O₈簇连接的卟啉分子数越多、孔径越大、卟啉活性位点距离越远，越有利于单线态氧产生，使光动力杀菌效果越显著。

　　光动力杀菌是光敏剂在合适波长的光照射下，通过能量转移或电子转移的方式，产生活性氧（尤其是单线态氧）作用于微生物，导致微生物死亡。卟啉作为光敏剂在光动力杀菌中发挥重要作用。由于其刚性平面大环结构和疏水性导致其在激发态下易于自猝灭，降低单线态氧产量，从而降低光动力杀菌效果。

　　卟啉金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是由卟啉或金属卟啉作为有机配体与金属离子或离子簇通过配位键组装而成的多孔配位聚合物。卟啉单元在框架中周期性排列，可避免其在激发态下自猝灭。此外，卟啉MOFs的多孔结构有利于单线态氧扩散，提高其光动力杀菌效果。虽然已有报道卟啉MOFs的拓扑结构影响其发光性能、催化能力及气体储存量，但关于卟啉MOFs的拓扑结构对其光动力杀菌性能的影响尚未见报道。

　　基于上述考虑，严秀平教授课题组选择四种卟啉MOFs（MOF-525、MOF-545、PCN-223和PCN-224分别基于ftw、csq、shp和she拓扑结构）作为模型，研究了拓扑结构对光动力杀菌性能的影响。单线态氧产生能力和光动力杀菌性能的顺序为MOF-545>MOF-525>PCN-224>PCN-223。通过拓扑结构分析，由于Zr4+的配位基团不同导致卟啉MOFs形成不同的拓扑结构，从而影响孔径和卟啉活性位点的距离。卟啉MOFs结构中每个Zr6O8簇连接的卟啉分子数、孔径和卟啉活性位点的距离均影响单线态氧产生。当不同MOFs具有类似孔径和卟啉活性位点距离时，每个Zr6O8簇连接的卟啉分子数在单线态氧产生中占主导地位。当MOFs结构中每个Zr₆O₈簇连接的卟啉分子数相同或者更少时，孔径和卟啉活性位点的距离主要影响单线态氧的产生。

　　综上所述，卟啉MOFs结构中每个Zr6O8簇连接的卟啉分子数越多、孔径越大、卟啉活性位点距离越远，越有利于单线态氧产生，光动力杀菌效果就越显著。

　　图1 (a)光动力杀菌示意图。(b)不同MOFs光动力杀菌后的菌落照片。

　　图2 (a)四种卟啉MOFs的拓扑结构示意图。（b）四种卟啉MOFs在水中的紫外-可见吸收光谱。(c) ABDA在359 nm处的吸光度随光照时间的变化。

　　在这项工作中，作者通过对四种卟啉MOFs的拓扑结构及光动力学性能进行比较，揭示了拓扑结构对其光动力杀菌性能的影响。这项工作为设计新型MOFs作为高效光敏剂用于杀菌和治疗具有指导意义。