二氧化钛（TiO₂）由于其众所周知的光催化性能，在抗菌活性和污染物降解领域引起了人们的极大关注。然而，TiO₂的应用受到其大的带隙宽度的显著限制，其仅允许由低于400nm的紫外光激发。在这里，建议使用TiO₂的表面手性功能化来调节其带隙宽度，从而使其能够被近红外区域光（NIR）激发，从而有效地分离电子-空穴对。通过控制溶剂极性并在手性配体和TiO₂之间形成许多弱相互作用（如氢键），本研究成功地制备了手性TiO₂超微粒（SP），其在792nm处表现出宽的圆二色性（CD）吸收。在808nm的圆偏振光（CPL）下，手性SP诱导TiO₂中电子-空穴对的分离，从而产生羟基和单线态氧自由基。近红外CPL下的抗菌试验表明，手性TiO₂-SP表现出优异的抗菌性能，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的抑制率分别为99.4%和100%。该材料的回收再利用实验和生物相容性评估表明，手性TiO₂ SP是稳定、安全的抗菌材料，从而表明手性TiO₂ SP在医疗植入物抗菌方面的潜在应用。

 
图1. 手性TiO₂-SP的制备与表征。l-SP（A）和d-NP（B）的SEM图像。单个l-SP（C）和d-SP（d）的SEM图像，分别为逆时针和顺时针排列。l-NPs（E）和d-NPs（F）的HR-TEM图像。边缘（G）和核心（H）区域的l-NP中HR-TEM图像的快速傅立叶变换衍射分析。边缘（I）和核心（J）区域的d-NP中HR-TEM图像的快速傅立叶变换衍射分析。

   
图2. 手性TiO₂-SP的制备与表征。（A） l-SP和d-SP的X射线衍射图。（B） 手性TiO₂ SP的吸收光谱。（C） 手性TiO₂ SP的CD光谱。（D） 手性TiO₂ SP的g因子值。手性TiO₂ SP（E）和相应手性配体（F）的FT-IR光谱。

  
图3. 手性TiO₂ SPs的XPS数据。（A） Ti2p在手性TiO₂-SPs中的结合能。（B） 手性TiO₂ SPs中O1s的结合能。（C） 手性TiO₂-SPs的S 2p结合能。（D） 手性TiO₂-SPs的N1s结合能。

 
图4. CPL诱导ROS产生。（A） _L-SPs在808nm RCP下不同时间的ROS产生。（B） 在808nm LCP下不同时间d-SP的ROS产生。_L-SPs（C）和_D-SPs（d）在808nm LP下不同时间的ROS产生。（E） 在手性TiO₂ SPs照射5分钟后获得的ROS（羟基自由基）的ESR信号。使用在485nm激发的ROS敏感荧光染料DCFH进行荧光测量。

 
图5.CPL驱动_L-SPs的抗菌活性。（A） _L-SPs在808nm RCP作用下不同时间的抗菌活性。大肠杆菌（B）和金黄色葡萄球菌（C）在808nm LCP的辅助下用_L-SPs处理不同时间后的CFU平板照片。在808nm LCP的辅助下用_L-SPs处理不同时间后的大肠杆菌（D）和金黄色葡萄球菌（E）的SEM图像。
 
       相关研究成果由江南大学Xinxin Xu、Maozhong Sun和Qing Wang等人2023年发表在ACS Nano (链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08791)上。原文：Near-Infrared Chiroptical Activity Titanium Dioxide Supraparticles with Circularly Polarized Light Induced Antibacterial Activity

转自《石墨烯研究》公众号