大连理工大学齐民团队研究成果：具有pH响应性的Cu/ZIF-8@Cur纳米颗粒的制备及抗菌性能研究
引言
姜黄素（Curcumin, Cur）作为天然多酚类化合物，具有抗菌、抗炎、抗癌等活性，但其稳定性差、溶解度低、代谢过快等缺陷严重制约其临床应用。为突破上述瓶颈，本研究设计合成了一种铜掺杂的ZIF-8双金属MOF材料（Cu/ZIF-8@Cur），通过高效负载姜黄素，实现其抗菌性能的优化与应用拓展，为解决天然抗菌剂的应用难题提供创新方案。论文基于大连理工大学齐民教授团队研究成果及中央高校基本科研业务费资助。
1、研究背景
伤口愈合过程中，细菌感染引发的炎症是常见并发症，尤其在湿润环境下，细菌分泌有机酸导致局部pH值由中性转为弱酸性，加剧感染风险。姜黄素虽具备强效抗菌潜力，但传统剂型存在载药率低、稳定性差、体内半衰期短等问题。现有研究虽尝试通过微球等载体改善其性能，但负载率仍不理想。金属有机骨架材料（MOFs）因多孔结构、大比表面积及可调功能特性，在药物递送领域备受关注。其中，ZIF-8作为锌基类沸石MOF，具有pH响应性，但单金属MOFs性能单一。双金属MOFs通过引入第二金属离子（如Cu²⁺），可形成协同效应，增强材料性能，成为研究热点。
2、创新亮点
● 双金属MOFs协同载药：创新性采用铜掺杂ZIF-8双金属MOF为载体，通过一锅法合成Cu/ZIF-8@Cur复合颗粒，姜黄素负载率达45.6%，显著优于传统载体，同时提升药物稳定性。
● 智能pH响应释放：复合颗粒在中性环境下保持稳定，避免药物提前释放；在弱酸性条件（如感染部位）下，通过MOF骨架降解缓慢释放姜黄素及Cu²⁺，实现精准靶向治疗，提高生物利用度。
● 协同抗菌机制：实验证实，Cu/ZIF-8@Cur对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率显著高于单一ZIF-8或Cu/ZIF-8材料，表明铜离子与姜黄素发挥协同抗菌作用，拓宽抗菌谱并增强疗效。
3、图文展示
图2 ZIF-8、10%Cu/ZIF-8、25%Cu/ZIF-8和40%Cu/ZIF-8颗粒的XRD图
Fig.2 XRD patterns of ZIF-8,10%Cu/ZIF-8,25%Cu/ZIF-8 and 40%Cu/ZIF-8 particle
图3 不同浓度姜黄素的UV-Vis图
Fig.3 UV-Vis images of different concentrations of Curcumin
图5 不同姜黄素含量的25%Cu/ZIF-8@Cur颗粒的XRD图
Fig.5 XRD patterns of different Curcumin addition in 25%Cu/ZIF-8@Cur particle
图7 ZIF-8、25%Cu/ZIF-8以及25%Cu/ZIF-8@Cur颗粒的粒径分布图
Fig.7 Size distribution images of ZIF-8, 25%Cu/ZIF-8 and 25%Cu/ZIF-8@Cur particle
图9 姜黄素、25%Cu/ZIF-8及25%Cu/ZIF-8@Cur的TG图
Fig.9 TG image of Curcumin, 25% Cu/ZIF-8 and 25% Cu/ZIF-8@Cur
图11 ZIF-8、25%Cu/ZIF-8及25%Cu/ZIF-8@Cur对细菌菌落生长的影响：(a)大肠杆菌；(b)金黄葡萄球菌
Fig.11 Effect of ZIF-8, 25%Cu/ZIF-8 and 25%Cu/ZIF-8@Cur on bacterial colony growth:(a) colibacillus; (b) staphylococcus aureus
4、结论
本研究成功构建了Cu/ZIF-8@Cur双金属MOF复合体系，实现姜黄素的高效负载与pH响应性释放。该材料通过弱酸触发的药物释放机制，显著提升抗菌性能，对临床常见病原菌展现强效抑制作用。研究不仅为姜黄素的临床转化提供了新策略，也为开发智能响应型抗菌材料开辟了新路径，具有显著的学术价值与应用前景。未来可进一步探索其体内抗菌效果及生物安全性，推动向临床应用转化。
引用本文
文章发表于《功能材料》2025年第56卷第2期，欢迎引用本文：
曾凡行,徐畅,董旭峰,等.具有pH响应性的Cu/ZIF-8@Cur纳米颗粒的制备及抗菌性能研究[J].功能材料,2025,56(2):02091-02098.
Zeng F X,Xu C,Dong X F,et al.Preparation and antibacterial properties of pH responsive Cu/ZIF-8@Cur nanoparticles[J].Journal of Functional Materials,2025,56(2): 02091-02098.