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為什么金屬納米團簇的最新研究進展值得關(guān)注？

先豐納米 2025-08-26 | 閱讀：1552

金屬納米團簇是一種新型的納米材料，其尺寸在亞納米范圍內(nèi)，通常直徑為1-3nm，包含10-300個金屬原子，表面配體作為保護劑覆蓋在金屬核上。金、銀、銅納米團簇是當(dāng)前研究最多的3種金屬納米團簇，其在催化、生物醫(yī)學(xué)、傳感器、抗菌等眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用。

本期小豐整理了3篇金、銀和銅納米團簇的最新研究進展，一起看下吧~

ACS Nano

抗菌Au納米簇水凝膠開啟牙髓治療新時代

感染根管的清理消毒是再生性牙髓治療的核心環(huán)節(jié)，徹底消毒可以為牙髓組織再生創(chuàng)造良好的微環(huán)境。目前臨床上使用的三聯(lián)（TA）/二聯(lián)抗生素（DA）糊劑，由于藥物作用時間短且存在瞬時高濃度的藥物暴露，且對根尖干細胞產(chǎn)生一定的毒性。

2025年3月21日，期刊ACS Nano報道研究人員基于納米生物材料技術(shù)，開發(fā)了一種炎癥響應(yīng)及時效調(diào)控降解的可示蹤型抗菌金團簇水凝膠（DA@Au NCs水凝膠），并成功應(yīng)用于再生性牙髓治療中。

通過靜電作用與二硫鍵形成，研究人員將Au NCs與DA混合粉末水化構(gòu)建得到DA@Au NCs水凝膠。該水凝膠在組織液觸發(fā)下發(fā)生高溶脹，能充分填充不規(guī)則根管，增強抗菌效果。同時，組織液中豐富的水分和蛋白酶可觸發(fā)DA從溶脹水凝膠中釋放，其釋藥速率與炎癥水平呈正相關(guān)，且整個過程可以通過X線成像技術(shù)實時監(jiān)測。

實驗結(jié)果表明，DA@Au NCs水凝膠對根管內(nèi)革蘭陽性和陰性菌均有殺菌作用，而且還可以滲透至牙本質(zhì)小管內(nèi)殺滅細菌。其不僅可以降低二聯(lián)抗生素甲硝唑和環(huán)丙沙星對干細胞的毒性作用，還具有促進細胞增殖、遷移、黏附和礦化等功能，為組織再生修復(fù)的創(chuàng)造合適的微環(huán)境。

這一研究成果不僅為牙髓再生的根管抗感染策略開辟了新的途徑，還豐富了納米科技的理論體系在口腔領(lǐng)域中的應(yīng)用。

文獻名稱：Visual Antimicrobial Gold Nanocluster Hydrogel with Inflammation-Responsive and Time-Regulated Swelling/Degradation for Regenerative Endodontic Procedures

Nano Letters

快速合成超小Ag納米簇以用于近紅外成像和代謝研究

近紅外二區(qū)（NIR-II）成像是一種能夠?qū)ι疃冉馄侍卣鬟M行高分辨可視化的強大技術(shù)，具有最小化的自身熒光、降低的光學(xué)散射和組織吸收等優(yōu)勢。然而，目前NIR-II納米探針的合成仍是一個耗時、低產(chǎn)率的勞動密集型過程，因此研究者亟需開發(fā)高效、快速的制備方法。

2025年1月6日，期刊Nano Letters報道研究人員使用特定的DNA序列作為模板，通過簡單的一鍋法成功合成了具有NIR-II熒光的銀納米簇（Ag NCs）。該團簇尺寸均勻，約為1.6nm，可通過肌肉注射快速進入肌肉組織的毛細血管，用于研究肌肉注射后納米探針代謝途徑。

與傳統(tǒng)的熱溶劑法合成稀土納米粒子和量子點（合成時間為小時）和有機分子探針（合成時間為天）相比，該合成方法時間極短（2min），大大提高了實驗效率。

此外，Ag NCs在胃酸這種低pH值條件下仍表現(xiàn)出高亮度和相對穩(wěn)定性。肌肉注射后的NIR-II成像技術(shù)與組織免疫熒光實驗，觀察到Ag NCs能夠有效進入循環(huán)系統(tǒng)，并最終由腎臟代謝排出。

該項研究制備的Ag NCs在NIR-II成像技術(shù)以及生物代謝研究領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，為疾病的早期精準(zhǔn)診斷，特別是針對腎功能異常、血液循環(huán)障礙等疾病的檢測，開辟了一條創(chuàng)新且前景廣闊的路徑。

文獻名稱：Ultrasmall Silver Nanocluster for Near-Infrared-II Imaging and Metabolic Studies

JACSRu

單原子+Cu團簇，實現(xiàn)乙炔半加氫100%轉(zhuǎn)化！

開發(fā)高效的乙炔半加氫催化劑，對于實現(xiàn)乙炔選擇性轉(zhuǎn)化為乙烯，并最大限度地抑制過度加氫生成不需要的乙烷至關(guān)重要。原子分散的銅(Cu)催化劑因其成本低、乙烯選擇性和穩(wěn)定性優(yōu)異而備受關(guān)注。然而，Cu固有的氫解離能力較弱導(dǎo)致催化活性較低，并且通常需要較高的反應(yīng)溫度（200°C以上），限制了其在工業(yè)應(yīng)用中的擴大潛力。

2025年3月1月，期刊Journal of the American Chemical Society報道研究人員設(shè)計并制備了一種SiO2負載的原子級分散雙金屬催化劑（Ru1Cun/SiO2），包括鈀單原子和完全暴露的銅團簇，該催化劑在乙炔半加氫反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

相較于單金屬組分，Ru單原子與Cu團簇的協(xié)同作用顯著提升了催化活性，雙金屬催化劑在170 ℃下實現(xiàn)了100%乙炔轉(zhuǎn)化率和97.6%乙烯選擇性，顯著降低乙炔完全轉(zhuǎn)化的溫度，加氫活性達34.02 molC2H2/(molCu·h)，分別是單金屬Cu團簇和Cu單原子催化劑的5.3和52.3倍。

動力學(xué)分析顯示，Ru1Cun/SiO2的表觀活化能明顯降低，進一步驗證了其優(yōu)異的本征活性。此外，Ru1Cun/SiO2在高轉(zhuǎn)化率下表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，連續(xù)運行20小時未觀察到明顯失活。

理論計算進一步揭示了Ru1Cun/SiO2催化劑的優(yōu)異性能源于Ru單原子與完全暴露的Cu簇之間的協(xié)同作用。在單金屬Cu團簇催化劑上，H2的解離需要克服1.31eV的自由能壘，說明單Cu團簇對H2活化能力有限。而在雙金屬RuCu催化劑中，Ru單原子作為氫活化中心實現(xiàn)高效解離H2，Cu團簇作為乙炔吸附和活化的位點。Ru單原子和Cu納米簇形成了協(xié)同催化界面，顯著促進了氫活化，并降低了速率控制步驟的能壘。

文獻名稱：Fully Exposed Cu Clusters with Ru Single Atoms Synergy for High-Performance Acetylene Semihydrogenation

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