Advanced Functional Materials | 基于碳点的纳米材料作为强效抗真菌剂

由于传统抗真菌药物特异性有限、毒性问题严重以及耐药性迅速出现，真菌感染仍是全球健康挑战。因此，基于纳米材料的策略作为替代抗真菌方法受到越来越多的关注。其中，碳点（CD）作为一类多功能的 0D 纳米碳出现，特点是具有良好的生物相容性、高表面积与体积比以及可调节的光学/表面特性。这些特征共同通过多种且常常协同机制实现广谱抗真菌活性。本综述批判性地总结了抗真菌 CD 基纳米材料的最新进展，重点关注其作用机制及结构-功能关系。特别关注理性设计策略，包括杂原子掺杂、表面功能化和杂交，以增强抗真菌疗效和选择性。此外，文中还讨论了抗真菌 CD 在食品保存、生物医学和农业保护领域的新兴应用，以及目前限制其转化潜力的关键挑战。总体而言，本综述强调碳点作为下一代抗真菌技术中有前景且适应性的纳米材料平台。

该研究以题为“Carbon Dots-Based Nanomaterials as Potent Antifungal Agents”发表在Advanced Functional Materials上。

抗真菌CDs发展历程时间线。从左至右、自上而下，经许可转载：(a)[11]，(b)[21]，(c)[22]，(d)[23]，(e)[24]，(f)[25]，(g)[26]，(h)[3]，(i)[27]，(j)[28]。版权归属：2004、2006、2014、2016、2019、2025、2024年美国化学会；2021、2022、2023年爱思唯尔。

基于环糊精的纳米材料的主要抗真菌机制。

环糊精（CDs）通过破坏真菌结构展现抗真菌活性。(a) 具有壳聚糖靶向能力的FB-CDs可选择性快速识别真菌细胞。本图根据CC-BY许可协议转载[32]。版权归2022年德古意特所有。(b) 环糊精抗真菌作用机制示意图。(c，d) SP-CDs破坏了真菌的菌丝和孢子结构。本图经参考文献[28]授权转载。版权归2024年美国化学会所有。

(a) 基于环糊精的抗真菌光疗示意图，通过产生活性氧和热能来对抗真菌感染。(b) 环糊精光催化灭活白色念珠菌过程示意图。经参考文献[41]授权转载。©2019 Elsevier。(c) 手性环糊精合成及其光诱导抗真菌机制示意图。经参考文献[43]授权转载。©2024 Wiley- VCH 。(d) 环糊精的光热效应示意图。经参考文献[43]授权转载。©2024 Wiley- VCH 。(e) N/ClCDs光催化灭活白色念珠菌过程示意图。经参考文献[41]授权转载。©2019 Elsevier。(f) 模拟酶活性的Cu/I-CDs对白色念珠菌表现出高效抗真菌活性。经参考文献[45]授权转载。©2023 Elsevier。

(a) 碘化镉（CDs）可通过氢键和静电相互作用插入RNA发夹结构中。经参考文献[59]授权转载。版权2023年，Wiley- VCH 。(b) 动态光散射（DLS）和荧光光谱证实了CDs与DNA及RNA的结合相互作用。且CDs的存在可导致DNA结构扭曲及末端碱基对错位。经参考文献[60]授权转载。版权2018年，美国化学会。(c) 灰色假单胞菌（B. cinerea）不同处理条件下的RNA测序（RNA-seq）数据。DC：黑暗对照；LC：光照对照；LT：光照+CDs。经参考文献[61]授权转载。版权2025年，Wiley- VCH 。

环糊精（CDs）的前体、合成方法及分类。根据CC-BY许可协议转载[13]。版权归属2020年美国化学会

(a)功能化碳点的表面修饰方法。经文献[85]授权转载。版权2023年，Wiley- VCH 。(b)通过定制化表面功能化增强碳点抑制白色念珠菌生物膜形成的抗真菌潜力。根据CC-BY许可协议[4]转载。版权2024年，Wiley- VCH 。(c)红色发光鸟苷酸化多烯功能化碳点强化口腔上皮对侵袭性真菌感染的防御能力。经文献[24]授权转载。版权2019年，美国化学会。

(a) LC量子点与OC量子点对多种真菌具有抗真菌活性，已成功应用于草莓包装材料。经参考文献[78]授权转载。©2024爱思唯尔。 (b) 胶质/碳量子点荧光薄膜通过光转换实现紫外线阻隔功能。经参考文献[107]授权转载。©2022爱思唯尔。 (c) 薄荷醇增强聚乙烯醇复合薄膜用于草莓包装。根据CC-BY许可协议转载自参考文献[109]。©2022美国化学会。

总结

一篇发表于《Advanced Functional Materials》的综述系统总结了碳点（CDs）作为一种新型零维碳基纳米材料在抗真菌领域的应用进展与作用机制。碳点因其超小尺寸、良好的生物相容性、可调的表面化学性质及多样的合成路径，展现出区别于传统抗真菌药物和多尺度纳米材料的独特优势。其抗真菌机制主要涉及四个方面：破坏真菌细胞壁/膜结构并抑制菌丝形成；在光激发下产生活性氧（ROS）或热效应实现光动力/光热治疗；通过类酶催化活性（如类过氧化物酶）催化生成ROS杀伤真菌；以及通过与DNA/RNA结合干扰遗传信息传递与代谢网络，从分子层面调控真菌生长与致病性。

为进一步提升抗真菌效能与靶向性，综述重点讨论了碳点的理性设计策略，包括异原子掺杂（如N、Cu、I）、表面官能团修饰以及与金属/金属氧化物纳米材料复合构建多功能纳米体系。这些策略可调控碳点的电子结构、表面电荷及界面反应活性，从而实现对抗真菌效能的精确调控。在应用层面，碳点在食品保鲜（如水果涂层、活性包装膜）、医学抗感染（如真菌性角膜炎、口腔念珠菌病、骨关节真菌感染）以及植物保护（如木材防腐、作物抗病）等领域展现出广阔前景。此外，碳点还可作为荧光成像探针实现病原菌的可视化追踪，或作为智能递送平台实现药物控释与诊疗一体化。尽管目前碳点在抗真菌研究中仍面临选择性、长期安全性及规模化制备等挑战，但其多功能、可设计、低毒性的特点使其有望成为下一代抗真菌技术的重要平台。<｜end▁of▁thinking｜>一篇发表于《Advanced Functional Materials》的综述系统总结了碳点（CDs）作为一种新型零维碳基纳米材料在抗真菌领域的应用进展与作用机制。碳点因其超小尺寸、良好的生物相容性、可调的表面化学性质及多样的合成路径，展现出区别于传统抗真菌药物和多尺度纳米材料的独特优势。其抗真菌机制主要涉及四个方面：破坏真菌细胞壁/膜结构并抑制菌丝形成；在光激发下产生活性氧（ROS）或热效应实现光动力/光热治疗；通过类酶催化活性（如类过氧化物酶）催化生成ROS杀伤真菌；以及通过与DNA/RNA结合干扰遗传信息传递与代谢网络，从分子层面调控真菌生长与致病性。

参考文献：

DOI: 10.1002/adfm.202532111

点击阅读原文，即可跳转原文链接