施剑林院士团队《JACS》：碘烯抗菌！

碘作为VIIA族中一种典型的卤代元素，对细菌、真菌和病毒具有有效和广谱的抗菌活性，已被广泛应用于临床。然而，由于其稳定性和生物相容性较差，目前的碘消毒剂仍然局限于局部应用，如仪器消毒和皮肤/粘膜感染的治疗。

针对这一局限，中科院上硅所施剑林院士和林翰副研究员等人提出利用新兴的二维碘纳米材料（碘烯）对体内感染性疾病进行治疗。碘烯纳米片是通过简单而环保的超声辅助液体剥离手段进行制备的，其呈现出有趣的层状结构和可忽略的毒性。合成的碘烯将自发地经历原位同素异形转变，并在感染微环境中与H2O2反应释放活性HIO和I2分子。通过同素异形体转化原位产生活性HIO和I2分子，碘烯对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌具有增强的抗菌效果。体内结果表明碘烯在治疗细菌性伤口感染和肺炎方面具有理想的抗菌效果。因此，这项研究有望提出一种替代传统杀菌剂的方法来对抗难以治疗的细菌感染。相关工作以“Iodinene Nanosheet-to-Iodine Molecule Allotropic Transformation for Antibiosis”为题发表在JACS。

【文章要点】

一、碘烯

近年来，一些研究报道了利用纳米技术制备各种含碘抗菌材料。然而，在以前的研究中，碘必须与聚合物络合，以提高其水溶性并抑制其升华。得益于独特的拓扑结构，碘烯纳米片（NSs）在水溶液中表现出优异的分散性和稳定性，更重要的是，与分子碘相比，其细胞毒性可以忽略不计，这激发了作者开发碘烯治疗细菌感染。碘是一种典型的分子晶体，其中I2分子通过范德华力沿着（100）平面堆叠成层状结构，因此可将碘剥离成2D碘片状形态。在本研究中，作者通过超声辅助液相剥离合成了碘烯纳米片。所制备的纳米片的结构包含具有I–I化学键的屈曲碘链，并且这些链通过沿a轴的弱范德华相互作用堆叠在一起，形成链折叠片层结构（图1）。

二、抗菌疗法

H2O2具有氧化还原电位，能够同时将碘氧化为碘酸盐和将碘酸盐还原回碘。从动力学的角度来看，由于元素碘在H2O中的溶解性差，导致反应物之间的接触有限，因此元素碘和H2O2之间的反应较少受到关注。受I2和H2O2之间化学反应机制的启发，作者认为碘烯通过与微环境H2O2的同素异形转化反应可原位产生碘分子（I2）并发挥抗菌效果。如图2所示，这种H2O2响应性结构进化触发了中间产物HIO和细菌之间的特异性相互作用，可破坏细菌中的氧化还原稳态，并增强活性碘分子的释放以根除细菌。体外实验证明碘烯具有有效和广谱的抗菌活性。此外，两种典型的感染性疾病模型表明，碘能显著抑制感染部位的细菌增殖和炎症，这有助于伤口愈合和细菌性肺炎的恢复。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c02669

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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