微生物污染严重威胁食品、环境与公众健康，引发广泛关注。化学防腐剂常用于控制微生物生长，但长期使用存在导致耐药性增强、化学残留累积和抗菌效果减弱等多重隐患。据世界卫生组织预测，到2050年，微生物耐药性每年将导致近1000万人死亡。因此，研发可避免耐药性产生的绿色高效抗菌技术十分必要。光动力抗菌技术作为新型非热物理灭菌技术，通过释放活性氧高效灭活微生物，具有不易产生耐药性、绿色安全、广谱高效、低成本、无毒副产物等优势，在食品、医疗、环保等领域展现出替代传统防腐剂的巨大潜力，为微生物防控提供了更绿色安全、可持续的技术方案。
近日，浙江大学吴迪教授团队在期刊《Advanced Science》上，发表了最新研究成果“Fabrication of Dual Photodynamic Enhanced Antimicrobial CDs@ZIF-8/Polycaprolactone/Ethyl Cellulose Nanofibrous Films for Fruit Preservation”。研究者利用配位自组装技术将碳点（CDs）成功封装到ZIF-8中合成了CDs@ZIF-8复合纳米材料，表现出卓越的双重光动力增强抗菌性能，可有效杀灭7.63 lg和7.27 lg的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，显著优于单独的CDs（3.12 lg和4.17 lg）或ZIF-8（4.18 lg和2.94 lg）。通过光电性能分析和DFT计算阐明了CDs和ZIF-8的双重增强抗菌机制，可归因于以下两种协同方式：（1）ZIF-8限域封装有效抑制了CDs自聚集，同时CDs拓宽了ZIF-8的光捕获范围；（2）CDs和ZIF-8的结合减小了带隙，促进了光生e⁻−h⁺对分离，并提高了对O2的结合亲和力，从而增加了•O2⁻和1O2的产生。
图1：CDs@ZIF-8纳米复合材料的制备工艺，B) CDs、C) ZIF-8和D) CDs@ZIF-8纳米复合材料的TEM照片，E) ZIF-8和F) CDs@ZIF-8纳米复合材料的SEM照片，G-I) CDs@ZIF-8纳米复合材料的EDX图谱。
图2：A) 金黄色葡萄球菌和B) 大肠杆菌在不同光照时间下的抗菌实验，C) 金黄色葡萄球菌和D) 大肠杆菌在不同光照时间下的数量变化图。
图3：A) NBT测定•O2−，B) RNO测定1O2，C) DPBF测定1O2，不同处理组中D) NBT、E) RNO和F) DPBF的光氧化速率，G) 金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在光照和黑暗条件下的ROS生成，H )金黄色葡萄球菌和I )大肠杆菌细胞中ROS水平的定量分析。
图4：A)紫外-可见漫反射光谱B) CDs，C) ZIF-8，D) CDs@ZIF-8的带隙图，E) CDs、F) ZIF-8和G) CDs@ZIF-8的Mott-Schottky曲线，H) EIS奈奎斯特图，I )瞬态光电流响应谱，J) CDs、ZIF-8和CDs@ZIF-8的能级图，K )电荷分布和L) DFT计算得到的HOMO和LUMO轨道分布。
微生物侵染是导致新鲜果实采后腐败劣变的主要原因，造成严重的食物浪费。包装作为抑制微生物侵染和传播的有效手段，是延缓果实腐败的关键抓手。纳米纤维凭借高比表面积、高负载率、优异力学性能及可调结构等优势，成为构建保鲜包装材料的理想载体。本研究进一步面向易腐果实的采后保鲜需求，以纳米纤维为双重光动力增强抗菌保鲜包装载体，通过微流控气喷纺丝技术将CDs@ZIF-8纳米复合材料精准负载于聚己内酯（PCL）/乙基纤维素（EC）基质，成功制备了CDs@ZIF-8/PCL/EC纳米纤维膜。结果表明，CDs@ZIF-8/PCL/EC纳米纤维膜展现出优异的光动力抗菌性能（对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率>99.99999%），良好的机械性能和持续保鲜效能（将草莓货架期从6天延长至12天）。本研究为开发基于CDs/MOF协同增强型的光动力抗菌纳米纤维包装材料提供了新思路。
图5：A) CDs@ZIF-8/PCL/EC纳米纤维膜的杨氏模量、B) 拉伸强度、C) 断裂伸长率，D) CDs@ZIF-8/PCL/EC纳米纤维膜的DSC曲线，含有E) 0%、F) 1%、G) 2.5%、H) 5% CDs@ZIF-8纳米复合材料的PCL/EC纳米纤维膜的TGA与DTG曲线。
图6：A) 不同处理组草莓的形态照片，不同处理组草莓B) L、C) a、D) b、E) pH、F) TSS、G) 失重率、H) 硬度的变化。
论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202503567
人物简介：
第一作者
遆永瑞，浙江大学2023级博士研究生，主要从事光动力抗菌材料及果实保鲜包装研发工作。目前以第一作者在Advanced Science、Food Chemistry、International Journal of Biological Macromolecules等期刊发表SCI论文5篇。
通讯作者
吴迪，浙江大学农业与生物技术学院教授、浙江大学食物冷链物流研究中心执行主任、中国科协“科创中国”“一带一路”国际特色果品产业科技创新院院长；国家高层次人才特殊支持计划（“万人计划”）青年拔尖人才、科睿唯安全球高被引学者、爱思唯尔中国高被引学者；主要从事果蔬储藏保鲜与冷链物流领域的科研教学工作，主持国家重点研发计划课题2项、国家自然科学基金4项、浙江省自然科学基金杰出青年基金项目等。在Adv Sci、J Adv Res、Trends Food Sci Technol、Carbohyd Polym、Food Packaging Shelf、Food Hydrocolloid、Food Chem、Postharvest Biol Technol等期刊以第一或通讯作者发表SCI论文100篇。牵头制定行业标准1件，主参制定行业标准9件。以第一完成人授权美国专利3件、日本专利2件、国家发明专利17件。以主要完成人获省部级科技一等奖2项、二等奖3项。
浙江大学吴迪教授团队近年来基于微流控气喷纺丝技术，创制了一系列功能性纳米纤维包装材料，并取得多项创新性研究成果。
2022. Chitosan/PCL nanofibrous films developed by SBS to encapsulate thymol/HPβCD inclusion complexes for fruit packaging. Carbohydrate Polymers, 286, 119267.
2022. Facile microfluidic fabrication and characterization of ethyl cellulose/PVP films with neatly arranged fibers. Carbohydrate Polymers, 292, 119702.
2024. Carboxymethyl chitosan and polycaprolactone-based rapid in-situ packaging for fruit preservation by solution blow spinning. Carbohydrate Polymers, 326, 121636.
2021. Application of solution blow spinning to rapidly fabricate natamycin-loaded gelatin/zein/polyurethane antimicrobial nanofibers for food packaging. Food Packaging and Shelf Life, 29, 100721.
2022. Chlorogenic acid-loaded sandwich-structured nanofibrous film developed by solution blow spinning: Characterization, release behavior and antimicrobial activity. Food Packaging and Shelf Life, 32, 100854.
2025. In situ preparation of natamycin and trans-cinnamic acid loaded polycaprolactone/ethyl cellulose nanofibers on mangoes via handheld microfluidic-blow-spinning for freshness preservation. Food Packaging and Shelf Life, 48, 101448.
2023. Preparation of covalent organic framework-based nanofibrous films with temperature-responsive release of thymol for active food packaging. Food Chemistry, 410, 135460.
2024. Microfluidic-blow-spinning of carvacrol-loaded porphyrin metal−organic framework nanofiber films with synergistic antibacterial capabilities for food packaging. Food Chemistry, 460, 140707.
2024. Preparation of amphiphilic polyquaternium nanofiber films with antibacterial activity via environmentally friendly microfluidic-blow-spinning for green food packaging applications. Food Chemistry, 444, 138632.
2024. Fabrication of antimicrobial PCL/EC nanofibrous films containing natamycin and trans-cinnamic acid by microfluidic blow spinning for fruit preservation. Food Chemistry, 442, 138436.
2024. The preparation, resources, applications, and future trends of nanofibers in active food packaging: a review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 64(26), 9656-9671.
2022. Characterization of glycosylated gelatin/pullulan nanofibers fabricated by multi-fluid mixing solution blow spinning. International Journal of Biological Macromolecules, 214, 512-521.
2022. Development of a thermally conductive and antimicrobial nanofibrous mat for the cold chain packaging of fruits and vegetables. Materials & Design, 221, 110931.
2024. Multifunctional fibrous films fabricated by microfluidic blow spinning for the preservation of fresh-cut apples. Postharvest Biology and Technology, 211, 112807.
2023. Curcumin-loaded polycaprolactone/carboxymethyl chitosan nanofibers with photodynamic inactivation of Staphylococcus aureus developed by solution blow spinning. LWT - Food Science and Technology, 186, 115261.
2021. Application of solution blow spinning for rapid fabrication of gelatin/Nylon 66 nanofibrous film. Foods, 10(10), 2339.
2024. Natamycin-Loaded Ethyl Cellulose/PVP Films Developed by Microfluidic Spinning for Active Packaging. Foods, 13(1), 132.
2022. Solution blow spinning of multilayer polycaprolactone/curcumin-loaded gelatin/polycaprolactone nanofilm for slow release and bacterial inhibition. Food Hydrocolloids for Health, 2, 100062.
2022. Polycaprolactone/polyvinyl pyrrolidone nanofibers developed by solution blow spinning for encapsulation of chlorogenic acid. Food Quality and Safety, fyac014.
项目致谢
本研究得到了浙江大学基本科研业务费专项资金（226-2024-00084）和111引智计划项目的资助。
