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Acta Chimica Sinica >

2026 , Vol. 84 >Issue 7: 1197 - 1210

DOI: https://doi.org/10.6023/A26030077

Review

Advances in Perylene Diimide-Based Photocatalytic Antibacterial Systems and Their Applications

  • Huiyan Xu a, b ,
  • Aizhu Wang a ,
  • Longhua Ding , a, * ,
  • Xin Yu , a, *
Expand
  • a Institute for Advanced Interdisciplinary Research, University of Jinan, Jinan 250022, China
  • b Institute for Smart Materials and Engineering, University of Jinan, Jinan 250022, China
* E-mail: ;

Received date: 2026-03-19

  Online published: 2026-05-12

Supported by

National Natural Science Foundation of China(52422213)

National Natural Science Foundation of China(52722212)

Fold

Abstract

Photocatalytic antibacterial technology has become an important research direction for addressing bacterial infections and environmental pollution. This is due to its low risk of inducing bacterial resistance and its strong sustainability. As a typical organic semiconductor, perylene diimide (PDI) shows unique advantages in this field. It has a tunable molecular structure, strong light absorption ability, and a stable π-conjugated system. It also exhibits favorable photoelectronic properties. This review summarizes recent progress in PDI-based photocatalytic antibacterial systems. First, the band structure modulation and photogenerated charge carrier behavior of PDI materials are discussed from the perspectives of molecular structure and photoelectronic properties. The antibacterial mechanism mediated by reactive oxygen species (ROS) is also explained. Then, key strategies to improve antibacterial performance are summarized. These include molecular engineering, heterostructure construction, and doping modification. These approaches enhance light absorption and charge separation. Interfacial charge regulation and functional group introduction are also discussed. These strategies strengthen material-bacteria interactions. They enable efficient bacterial capture and localized synergistic killing. In addition, synergistic antibacterial modes are summarized. These combine photocatalysis with enzyme catalysis, photothermal effects, and sonodynamic effects. Finally, applications in water purification and bacterial infection therapy are reviewed. Perspectives are provided on biosafety, performance in complex environments, and clinical translation.

Key words： photocatalysis; antibacterial activity; perylene diimide; reactive oxygen species; structural regulation

Cite this article

Huiyan Xu , Aizhu Wang , Longhua Ding , Xin Yu . Advances in Perylene Diimide-Based Photocatalytic Antibacterial Systems and Their Applications[J]. Acta Chimica Sinica, 2026 , 84(7) : 1197 -1210 . DOI: 10.6023/A26030077

1 引言

细菌感染, 尤其是由耐药菌及其生物膜引发的顽固性感染, 已成为全球公共卫生与临床医学领域面临的重大挑战[1-2]. 与游离菌相比, 生物膜中的细菌在代谢状态、基因表达及微环境适应性方面发生显著改变, 表现出更强的耐药性和环境耐受性; 同时, 低氧微环境、致密胞外基质及宿主免疫屏障的共同作用, 使传统抗生素及单一抗菌策略难以实现有效清除[3-4]. 因此, 开发能够突破多重感染屏障、具备多机制协同效应且不易诱导耐药性的抗菌体系, 成为当前研究的关键方向[5-7].
光催化抗菌技术因依赖光生载流子驱动的氧化还原过程而非特定生物靶点, 被认为是一种有望规避耐药性问题的替代策略[8-10]. 其通过产生活性氧物种(reactive oxygen species, ROS), 对细菌细胞膜、蛋白质及核酸等关键组分造成非特异性氧化损伤, 实现广谱杀菌[11-12]. 然而, 传统无机光催化材料(TiO2、ZnO等)在生物应用中仍存在光响应范围有限、界面相容性不足及结构调控受限等问题, 制约了其在复杂生物及环境体系中的应用[13-14]. 因此, 发展结构可设计、光物理性质可调且具备良好生物相容性的有机光催化材料, 逐渐成为该领域的重要发展方向[15-17].
苝二酰亚胺(perylene diimide, PDI)及其衍生物作为一类典型的有机π共轭半导体, 因其刚性平面结构、优异的光吸收能力及出色的化学与光稳定性, 在光催化及生物功能材料领域受到广泛关注[18-19]. 研究者通过对酰亚胺位及海湾位的分子修饰, PDI可在保持骨架稳定性的同时, 实现溶解性、自组装行为、能级结构及界面相互作用的精细调控, 为构建高效光催化抗菌体系提供了重要的结构基础[20-21]. 在光照条件下, PDI能够实现光生载流子分离并诱导生成多种ROS, 从而对细菌产生氧化损伤. 此外, 其还可通过光热效应或与金属离子反应等多机制协同, 进一步增强对耐药菌及生物膜的清除能力[22-24].
值得强调的是, PDI材料在界面调控方面具有独特优势. 通过分子自组装及表面功能化, 可构建具有良好细菌黏附或响应特性的界面, 实现细菌的高效捕获与富集, 缩短ROS扩散路径, 从而形成“捕获-杀菌”协同的高效抗菌模式[25]. 这一特性使其在低光强或复杂环境条件下仍能保持优异的抗菌性能. 凭借上述优势, PDI基光催化抗菌材料在水体净化及细菌感染治疗等领域展现出广阔的应用前景.
基于此, 本文系统综述PDI基光催化抗菌体系的结构设计、作用机制及应用进展(图1). 首先解析其分子结构与光电性质及抗菌机制; 随后总结性能提升策略, 包括光催化增强、界面调控与多效应协同; 进一步概述其在水体净化与感染治疗中的应用; 最后展望生物安全性、环境适应性及临床转化等挑战与发展方向, 以指导材料的理性设计与应用.
图1 基于PDI的光催化材料的抗菌机理及应用

Figure 1 Antibacterial mechanisms and applications of PDI-based photocatalytic materials

2 PDI结构及其光催化抗菌机制

2.1 PDI的分子结构与光电性质

PDI及其衍生物是一类典型的多环芳烃有机半导体材料, 如图2a所示, 其分子结构以刚性平面的苝核为核心, 两端对称连接酰亚胺基团[26]. 该结构赋予PDI稳定的大π共轭体系, 使其在光电功能材料领域具有良好的化学、热和光稳定性[27].
图2 PDI的单分子(a)球棍模型及(b)结构

Figure 2 Single-molecule PDI: (a) ball-and-stick model and (b) molecular structure

从结构调控角度看(图2b), PDI分子主要存在两个可修饰位点: 酰亚胺位和海湾位. 酰亚胺位的取代通常不参与分子前线轨道构成, 因此对分子本征能级影响较小, 但可通过侧链设计有效调控材料的溶解性、自组装行为及界面相容性; 而海湾位取代则可直接改变苝核的电子结构与氧化还原特性, 从而调节PDI的光吸收范围和电荷传输能力. 这种“位点分工明确”的结构特征, 为PDI性能的定向调控提供了清晰思路[28].
得益于苝核的大π共轭体系和酰亚胺基团的强吸电子效应, PDI是性能优异的n型有机半导体之一[23,29]. 分子间通过π-π堆叠可形成连续的电子传输通道, 有利于光生载流子的迁移[30]. 虽然有机半导体中常见的激子结合能较高, 但通过分子有序组装或构建异质结构, 可有效促进电荷分离, 满足光催化反应对电子传输的需求[31].
在光学性质方面, PDI具有较宽的可见光吸收范围和较高的摩尔消光系数, 能够高效利用太阳光中的可见光能[32]. 其光吸收和发光行为高度依赖分子聚集方式, 通常表现为H-聚集体和J-聚集体两种形式. H-聚集体中分子共面堆叠程度较高, 荧光明显猝灭, 更有利于光生载流子分离, 因而在光催化领域更具优势; 而J-聚集体则保留较强的分子发光特性, 更多应用于光学探测等方向. 自组装PDI超分子体系本身即可作为一种可见光响应的光催化剂. 与单体PDI相比, 由于PDI分子单元之间的轨道重叠, 自组装PDI超分子表现出类似无机半导体的带状电子能级结构. 其显著的光催化活性来源于自组装PDI超分子中PDI分子之间强烈的π-π堆叠作用, 这种结构能够实现有效的长程电子离域, 从而促进光生电荷的迁移与分离(图3a)[33].
图3 (a)自组装PDI超分子电子能级结构及可见光下催化反应机理模型示意图. 已获得参考文献[33]的转载许可, 版权所有© 2016 Wiley-VCH GmbH. (b) PDI分子间的π-π堆积层间距. 已获得参考文献[34]的转载许可, 版权所有© 2018 Elsevier

Figure 3 (a) Schematic illustration of the electronic energy levels of self-assembled PDI supramolecules and the catalytic reaction mechanism under visible light. Reprinted with permission from ref. [33]. Copy right © 2016 Wiley-VCH GmbH. (b) π-π stacking interlayer distance between PDI molecules. Reprinted with permission from ref. [34]. Copy right © 2018 Elsevier

PDI的苝环是一个刚性的多环π电子共轭体系, 因此PDI分子可以通过π-π相互作用形成超分子堆叠结构[34]. 在大多数情况下, PDI分子中的π-π堆叠层间距为0.34~0.35 nm(图3b), 与石墨烯层间距相似. Wang等[34]利用密度泛函理论计算了PDI的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)的绝对能级位置, 结果发现随着π-π堆叠程度的增加, PDI超分子的带隙显著减小, 同时HOMO和LUMO的绝对能级位置均降低. 与单分子PDI不同, 由于PDI分子通过非共价相互作用形成有序排列, PDI超分子呈现出类似半导体的连续能级结构[23].

2.2 光催化抗菌作用机制

作为典型的n型有机半导体材料, PDI具有优异的可见光响应能力和良好的光稳定性, 因此在光催化抗菌领域展现出重要应用潜力. 其光催化抗菌本质上是光激发→电荷分离→界面电子转移/能量转移→ROS光化学生成的串联化学过程, 在可见光激发下, PDI分子由基态跃迁至激发单重态, 部分激发态分子经系间窜越进入激发三重态, 另一部分则直接发生电子-空穴对分离, 形成能够参与氧化还原反应的光生载流子; 从光化学机理来看, PDI产生ROS主要包含两条路径, 一是电子转移型光化学路径, 即e−还原溶解氧生成超氧自由基(superoxide radical, •O2−)并进一步通过歧化、质子化等后续化学反应逐级生成H2O2与羟基自由基(hydroxyl radical, •OH), 实现强氧化性ROS的级联产生, 二是能量转移型光化学路径, 即PDI三重态(T1)将能量传递给基态氧, 使其跃迁至激发态形成单线态氧(singlet oxygen, 1O2)这类高选择性氧化型活性氧(图4); 与此同时, PDI分子的H-/J-聚集方式从化学本质上决定了ROS的生成类型, 其中H-聚集更有利于电子离域与载流子传输, 倾向于通过电子转移化学路径生成•O2−、•OH等活性氧, 而J-聚集更利于激发态能量稳定, 倾向于通过能量转移化学路径生成1O2, 这种由聚集态调控光化学反应路径、进而决定ROS种类与抗菌行为的内在化学机制, 是PDI基光催化抗菌体系的核心科学基础. 这些ROS能够对细菌细胞膜、蛋白质以及遗传物质产生非特异性氧化损伤, 破坏细胞结构和代谢功能, 从而实现高效杀菌, 并且由于其多靶点作用机制, 不易诱导细菌产生耐药性[35-36]. 此外, PDI基光催化体系产生的高活性ROS可穿透细菌生物膜的胞外基质, 破坏生物膜结构完整性并杀灭内部深层细菌, 对耐药菌生物膜的清除率可达85%以上, 有效解决传统抗生素难以渗透生物膜的难题[37-38].
图4 超分子堆积方式对H/J型聚集PDI光催化剂中电子转移与能量转移过程的影响. 已获得参考文献[34]的转载许可, 版权所有© 2018 Elsevier

Figure 4 Effect of supramolecular stacking modes on electron and energy transfer processes in H- and J-aggregated PDI photocatalysts. Reprinted with permission from ref. [34]. Copy right © 2018 Elsevier

3 光催化抗菌性能增强策略

3.1 光吸收与载流子分离效率的调控策略

为进一步提升PDI基光催化体系的抗菌性能, 研究者围绕载流子分离与传输效率的调控开展了多种结构设计策略, 主要包括构建Z型异质结、调控超分子组装与供体-受体界面, 以及优化分子构型与聚集方式等[39-40]. 这些策略通过增强界面内建电场、拓宽光响应范围并构建高效电荷迁移通道, 有效促进光生电子-空穴对的分离与利用, 从而显著提高活性氧物种的生成效率并增强光催化杀菌活性[41-42]. 在此框架下, 不同结构调控手段从异质界面到分子尺度实现协同优化, 为构建高效PDI基光催化抗菌体系提供了系统性的设计思路.
Wang等[43]通过球磨法将PDI与NH2-UiO-66组装形成Z型异质结复合材料PNU. 在光照下, PDI和NU-66都可被激发产生电子和空穴. Z型结构使得PDI的LUMO中的光生电子与NU-66的HOMO中的空穴复合, 而NU-66的LUMO中的电子和PDINH的HOMO中的空穴得以积累, 从而增强了载流子的分离效率和迁移速度(图5a). 由于NU-66的LUMO能级足够负, 累积电子可还原O2生成•O2−, PDI的空穴通过后续氧化还原过程产生•OH. 最终, 活性氧与空穴协同作用破坏细菌细胞壁和内部成分, 实现对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus, S. aureus)和大肠杆菌(Escherichia coli, E.coli)的高效光催化杀菌. 此外, Chen等[44]报道了一种基于自组装PDI的Ag@AgCl/PDI等离子体Z型光催化体系, 其中PDI作n型半导体基底, 为Ag@AgCl纳米颗粒提供稳定的负载界面. PDI的共轭结构不仅促进了表面等离激元产生的热电子定向迁移, 还通过界面肖特基势垒有效捕获光生电子, 从而协同拓宽光吸收范围并增强电荷分离效率(图5b). 得益于Z型电荷转移路径, 该体系在保持较强氧化能力的同时显著提升了光催化杀菌活性.
图5 (a) PNU光催化抗菌的机理图. 已获得参考文献[43]的转载许可, 版权所有© 2023 Elsevier. (b) Ag@AgCl/PDI复合体系中载流子分离示意图. 已获得参考文献[44]的转载许可, 版权所有© 2023 Elsevier. (c) PTCDA与EDA-PTCDA的激发态电荷密度差异. (d)前沿轨道与能级. (e)光催化反应示意图. 已获得参考文献[47]的转载许可, 版权所有© 2023 Wiley-VCH GmbH. (f) D-A界面电场促进的光催化抗菌机理示意图. 已获得参考文献[48]的转载许可, 版权所有© 2016 Wiley-VCH GmbH

Figure 5 (a) Schematic illustration of the photocatalytic antibacterial mechanism of PNU. Reprinted with permission from ref. [43]. Copy right © 2023 Elsevier. (b) Schematic diagram of charge carrier separation in the Ag@AgCl/PDI composite system. Reprinted with permission from ref. [44]. Copy right © 2023 Elsevier. (c) Difference in excited-state charge density between PTCDA and EDA-PTCDA. (d) Frontier orbitals and energy levels. (e) Schematic illustration of the photocatalytic reaction process. Reprinted with permission from ref. [47]. Copy right © 2023 Wiley-VCH GmbH. (f) Schematic diagram of the photocatalytic antibacterial mechanism facilitated by the D-A interfacial electric field. Reprinted with permission from ref. [48]. Copy right © 2016 Wiley-VCH GmbH

除异质结构外, 基于PDI的超分子组装也为调控光催化过程提供了有效途径. 通过构建供体-受体型超分子结构, 可在界面形成明显的电荷分布差异, 从而增强光生电荷分离并在局部区域富集高活性空穴或电子[45-46]. Wu等[47]将非共轭乙二胺(EDA)片段引入苝四甲酸酐(PTCDA)的共轭平面, 可构建含有分隔π共轭单元的光催化剂(EDA-PTCDA)(图5c). 该设计不仅调控了电子云分布, 使电子从π共轭平面向非共轭链段迁移, 形成内建电子捕获效应, 还通过降低HOMO-LUMO能隙(图5e), 使低光通量光照即可激发电子跃迁, 增强光生载流子的空间分离效率(图5e). 通过在有机半导体分子中引入非共轭片段, 不仅可以优化能带结构, 还能在分子水平上构建高活性界面, 为自然光条件下高效光催化杀菌提供了新的策略. 在此基础上, 通过构筑供体-受体(D-A)异质界面可以进一步强化界面电场, 从而提升PDI基材料的光生载流子分离效率和光催化性能. Li等[48]将自组装PDI与富勒烯C60组装形成超分子复合结构, 构建了具有显著D-A相互作用的PDI@C60光催化体系. 该界面能够促进电子从C60向PDI的定向转移, 显著增强体系的分子偶极矩并形成更强的界面内建电场, 从而有效促进光生电子-空穴对的分离与迁移(图5f). 在该结构中, 光生电子沿PDI的π-π堆积通道快速迁移, 空穴在材料表面富集, 从而实现光生载流子的高效分离. 这种载流子分离提升了光催化反应活性, 显著增强了体系的杀菌能力. 蛋白质组学研究表明, 光催化引发的氧化应激会破坏细菌的DNA复制、有氧呼吸及能量代谢, 最终导致细胞死亡. 该结果表明, 构建具有强界面电场的D-A异质结构可有效提升PDI基光催化体系的杀菌性能.
此外, 通过调控PDI分子的构型和聚集方式, 也可对其光催化行为产生重要影响[49]. 例如, 分子扭转或取向变化可增强体系内部的电场效应, 加速激子解离和电荷迁移, 从而放大光催化氧化过程[50]. 在此基础上, 超氧阴离子与过氧化氢等物种的协同作用可形成多靶点氧化路径, 对细菌细胞结构和功能分子产生协同破坏[51].
Jian等[52]通过引入不同的苯二胺桥联单元, 合成了三种PDI聚合物oPDI、mPDI和pPDI. 研究发现, PDI单元空间排布方式的变化会显著影响材料的能级结构、光吸收特性以及光生载流子的分离与传输行为(图6a). 其中, oPDI由于具有更大的分子偶极矩和更强的内部电场(图6b), 在太阳能驱动的水分解反应中表现出最优性能. 该研究为通过调控聚合物构筑单元取向设计高效太阳能转化体系提供了重要思路.
图6 (a) oPDI、mPDI和pPDI的能带结构. (b)表面静电势与偶极矩. 已获得参考文献[52]的转载许可, 版权所有© 2024 Wiley-VCH GmbH. (c) PDIMH化学结构. 已获得参考文献[54]的转载许可, 版权所有© 2022 Elsevier

Figure 6 (a) Band structures of oPDI, mPDI, and pPDI. (b) Surface electrostatic potentials and dipole moments. Reprinted with permission from ref. [52]. Copy right © 2024 Wiley-VCH GmbH. (c) Chemical structure of PDIMH. Reprinted with permission from ref. [54]. Copy right © 2022 Elsevier

在此基础上, 具有高电子离域能力的π共轭超分子体系在促进光生载流子传输方面同样受到广泛关注[53]. 然而, 由于共轭大分子普遍存在多样的构象自由度, 其分子内旋转构型对电荷迁移行为的影响仍有待深入阐明. Wang等[54]构建了具有不同分子内夹角的PDI聚合物模型体系, 系统探讨了非平面几何结构对光催化性能的调控作用(图6c). 结果表明, 具有较大扭转角的垂直构型能够在分子尺度诱导形成宏观偶极矩, 从而显著增强体系的内建电场, 有利于激子解离与电荷传输. 同时, 该构型还促进分子间面对面堆叠, 构建连续的载流子迁移通道, 进一步提升载流子分离效率. 得益于上述结构优势, 相关材料在光催化杀菌过程中表现出接近完全灭活的优异性能. 该研究表明, 通过调控分子几何构型与堆叠方式, 可在分子层面优化电荷动力学过程, 为构建高效光催化抗菌体系提供了新的设计思路.
综上所述, 在各类PDI复合光催化抗菌体系中, PDI并非仅作为单一功能组分存在, 而是根据体系结构与界面耦合方式的不同, 表现出多重功能角色. 总体而言, PDI在复合体系中主要可承担以下几类作用: 一是作为光敏单元, 负责光吸收并驱动活性氧物种(ROS)的生成; 二是作为电子传输介体, 促进光生载流子的分离与迁移; 三是参与异质结构的构建与界面调控, 通过调节能带匹配与内建电场提升光催化效率; 四是作为界面作用单元, 通过π-π相互作用、氢键或光诱导化学键等方式增强材料与细菌之间的相互作用, 实现细菌的富集与定位. 需要强调的是, 在具体复合体系中, PDI通常同时承担多种功能, 其主导作用取决于材料组成与结构设计. 例如, 在PDI/MOF或PDI/Cu2O体系中, PDI主要发挥光敏与电子传输作用, 而在PDI/GO体系中, 其界面调控与细菌捕获功能更为突出. 因此, 复合体系抗菌性能的提升本质上来源于PDI在光吸收、电荷传输及界面相互作用等方面的协同贡献, 而非仅由PDI的简单引入所决定.

3.2 材料-细菌界面相互作用的调控

在光催化抗菌治疗过程中, ROS通常具有寿命短、扩散距离有限等特征, 这在一定程度上限制了其对细菌的有效作用范围[55]. 当光催化抗菌材料难以在空间上与细菌充分接触或靠近时, 其产生的ROS在扩散过程中容易迅速衰减, 从而难以对细菌细胞结构造成显著破坏, 进而影响整体抗菌效率[56]. 因此, 近年来研究逐渐关注通过调控材料与细菌之间的空间相互作用, 使光催化材料能够在细菌表面或其近邻区域富集, 实现对病原微生物的近程作用与原位杀伤, 从而提升光催化抗菌体系的整体治疗效果[57-58]. 围绕这一思路, 具有良好结构可设计性的有机光敏分子逐渐被用于构建细菌富集界面. 其中, PDI及其衍生物因具有大的π共轭芳香骨架, 同时其酰亚胺位点可进行多样化功能修饰, 在调控分子结构和界面性质方面具有明显优势, 因此被认为是构建高效细菌捕获体系的重要分子平台[59]. 通过合理的分子结构设计, 或与具有界面粘附特性的材料构筑复合体系, 可显著增强PDI基材料与细菌之间的相互作用, 从而提升其在光催化抗菌过程中的作用效率.
一种典型策略是利用PDI基复合结构的物理化学特性实现对细菌的物理吸附与富集. Yang等[60]通过在Sn3O4表面原位生长PDI纳米片, 构建了有机-无机杂化的PDI/Sn3O4半导体异质结构(图7a). 其中, Sn3O4由纳米片组装形成花状微结构, 其表面独特的物理拓扑形貌能够与细菌表面的鞭毛和菌毛产生机械嵌合, 类似于苍耳果实附着在魔术贴上的结合方式, 从而通过物理作用实现对细菌的有效捕获. 同时, 材料界面还可通过PDI芳香环与细菌细胞膜组分之间的π-π堆积作用, 以及其表面丰富的羰基、氨基等官能团与细菌膜蛋白和多糖之间形成的氢键作用, 进一步增强材料与细菌之间的相互作用, 实现对细菌的强吸附. 由图7b和图7c可以看出, PDI/Sn3O4与细菌之间表现出明显的吸附与结合能力. 该界面吸附效应能够有效限制细菌的空间迁移, 使其富集并固定在材料表面, 从而为后续光催化过程中ROS的原位生成与高效杀灭提供有利条件.
图7 (a) PDI/Sn3O4的TEM图像. PDI/Sn3O4异质结构处理后的(b) E. coli和(c) S. aureus的SEM图像. 已获得参考文献[60]的转载许可, 版权所有© 2021 Wiley-VCH. (d, e) GO上的羧基与经光激发活化的氨基之间的反应机理. 材料捕获细菌后的自然沉降实验: (f) E. coli, (g) S. aureus. 已获得参考文献[61]的转载许可, 版权所有© 2023 Elsevier

Figure 7 (a) TEM image of PDI/Sn3O4. SEM images of (b) E. coli and (c) S. aureus after treatment with the PDI/Sn3O4 heterostructure. Reprinted with permission from ref. [60]. Copy right © 2021 Wiley-VCH. (d, e) Reaction mechanism between carboxyl groups on GO and photoactivated amino groups. Natural sedimentation experiments of bacteria captured by the material: (f) E. coli, (g) S. aureus. Reprinted with permission from ref. [61]. Copy right © 2023 Elsevier

除物理吸附机制外, 研究者还进一步发展了具有光触发特征的化学键合捕获策略. Wang等[61]通过重结晶方法制备了PDI/氧化石墨烯(GO)复合材料, 在体系中引入了光激活的细菌捕获机制. 在该体系中, PDI通过π-π相互作用在GO表面原位重结晶, 形成具有较高比表面积的复合结构, 从而为细菌的接触与捕获提供了充足的界面位点. 在光照条件下, PDI吸收光子产生电子-空穴对, 光生电子进一步转移至GO表面, 使其富含的羧基被激活并形成羰基自由基中间体(图7d). 该中间体能够与细菌表面的氨基发生反应, 生成稳定的酰胺键, 从而实现基于化学键合的高效且持久的细菌捕获(图7e). 实验现象表明, 当材料捕获细菌后, 体系更容易发生沉降(图7f和7g), 进一步证明了材料对细菌的有效富集作用. 抗菌实验结果显示, 在光照条件下, 该材料对耐氯霉素E.coli和耐甲氧西林S. aureus(MRSA)的捕获效率分别可达到97%和95%. 红外光谱分析进一步表明, 细菌被捕获后其表面氨基特征峰明显减弱, 而-CNOH-特征峰显著增强, 说明细菌表面氨基与GO表面羧基之间形成了酰胺键. 与此同时, PDI/GO体系在光激发下产生的ROS能够直接作用于被固定在材料表面的细菌, 从而实现高效的光催化杀菌.
综上, 通过物理吸附或光触发化学键合等方式, PDI基材料能够实现对细菌的高效富集与精准捕获, 从而有效缩短ROS与细菌之间的作用距离, 缓解其扩散受限所带来的效率瓶颈. 这类“细菌捕获-光催化杀灭”协同机制为提升光催化抗菌体系的整体性能提供了新的思路, 也为高效、智能抗菌材料的设计与构建奠定了重要基础.

3.3 多机制协同抗菌策略

单一抗菌机制往往存在一定局限性, 例如抗菌效率不足、易诱导细菌产生耐药性, 或在复杂生物环境中的适应性较差[62]. 为克服这些问题, 研究者致力于将PDI的不同抗菌机制进行有机结合, 构建协同抗菌体系, 从而实现“1＋1>2”的增强杀菌效果.
Cai等[63]构建了一种由PDI自组装纳米纤维与Ag纳米颗粒(nanoparticles, NPs)组成的杂化体系, 通过耦合光催化过程与金属离子释放机制, 实现了多机制协同抗菌. 在可见光照射下, PDI纳米纤维能够高效产生ROS, 不仅可以直接破坏细菌细胞结构, 还可促进Ag NPs的氧化溶解并触发Ag+的释放, 从而形成“ROS作用-金属离子释放”的协同杀菌模式(图8a). 该策略使材料对S. aureus以及E. coli均表现出显著且广谱的抗菌活性(图8b). 此外, Ag+的光触发按需释放机制在提高抗菌效率的同时, 也有助于降低金属离子过量释放带来的潜在生物安全风险.
图8 (a)光催化与Ag+释放协同杀菌机理图. (b)杀菌后的S. aureus形貌图. 已获得参考文献[63]的转载许可, 版权所有© 2021 Elsevier. (c) PDI/GO光催化与自芬顿协同杀菌机理图. (d)光-自芬顿协同产生•OH. 已获得参考文献[64]的转载许可, 版权所有© 2025 Elsevier. (e) Co-N-C/PDI的光催化与自芬顿协同杀菌机理图. (f) Co-N-C/PDI的磁滞回线及磁分离性能. 已获得参考文献[28]的转载许可, 版权所有© 2023 Elsevier

Figure 8 (a) Schematic illustration of the synergistic antibacterial mechanism of photocatalysis and Ag+ release. (b) Morphology of S. aureus after antibacterial treatment. Reprinted with permission from ref. [63]. Copy right © 2021 Elsevier. (c) Schematic of the synergistic antibacterial mechanism of PDI/GO combining photocatalysis and photo-Fenton-like reactions. (d) •OH generation via photocatalysis-photo-Fenton synergy. Reprinted with permission from ref. [64]. Copy right © 2025 Elsevier. (e) Schematic of the synergistic antibacterial mechanism of Co-N-C/PDI combining photocatalysis and photo-Fenton-like reactions. (f) Magnetic hysteresis loop and magnetic separation performance of Co-N-C/PDI. Reprinted with permission from ref. [28]. Copy right © 2023 Elsevier

Xu等[64]将PDI的光催化过程与高级氧化反应相结合, 构建了一种光-自芬顿(Photo-Self-Fenton, PSF)协同体系. 传统芬顿需要额外加入H2O2和Fe2+, 存在药剂储运不便、利用率低、金属离子易流失等缺点. 而PDI基光自芬顿体系不需要外源添加H2O2, 可直接在光照下由PDI催化氧气原位生成H2O2, 再与铁、钴等金属位点发生芬顿反应, 实现H2O2自给与高效利用. 该体系以氧化石墨烯/自组装PDI (PDI/GO)为催化剂, 在可见光照射下能够高效产生光生电子并原位生成H2O2(图8c). 随后, 体系中引入的Fe3+在光生电子作用下被还原为Fe2+, 从而触发芬顿反应, 使生成的H2O2进一步转化为具有更强氧化能力的•OH(图8d). 通过将光催化产生活性氧与自芬顿反应过程紧密耦合, 该体系能够显著提高体系中强氧化物种的产生效率, 从而实现对耐药菌的高效灭活. 在上述研究基础上, 另一类研究通过引入过渡金属活性位点构建非均相光自芬顿体系, 以进一步提升PDI基材料的光催化杀菌性能. Ning等[28]以超分子PDI为光催化主体, 通过原位自组装引入ZIF-67衍生的Co-N-C助催化剂, 构建了Co-N-C/PDI复合光催化体系. 其中, 一维PDI纳米纤维与三维多孔Co-N-C紧密耦合形成稳定的3D/1D异质结构, 有利于拓宽光吸收范围并促进光生载流子的分离与迁移. 在光照条件下, PDI可原位生成H2O2, 而生成的H2O2进一步与Co-N-C中的Co2+发生非均相自芬顿反应, 从而产生更多强氧化活性物种(图8e). 而且, Co-N-C具有强磁性, 能够使光催化剂进行磁分离, 改善循环利用率(图8f). 光催化过程与自芬顿反应的协同作用显著增强了体系的光催化杀菌能力, 进一步表明通过构建PDI基光自芬顿体系能够有效提升光催化抗菌性能.
综上, 通过将PDI光催化体系与芬顿反应、金属离子释放等多种抗菌机制相耦合, 可构建具有多重作用路径的协同抗菌平台. 这类策略通过引入额外的反应通道或活性物种生成途径, 不仅能够显著提高活性氧的产生效率, 还可形成光催化与化学杀菌机制的协同作用, 从而有效增强光催化体系的整体杀菌能力. 借助这种多机制协同模式, PDI基材料在复杂病原体灭活及环境污染物去除方面表现出更高的效率与稳定性, 进一步拓展了其在复杂抗菌与环境治理领域中的应用潜力.

4 PDI基光催化抗菌体系的应用进展

凭借优异的光吸收能力和稳定的光催化性能, PDI基材料在光催化杀菌领域展现出良好的应用潜力. 作为具有大π共轭结构的有机半导体, PDI在光照条件下能够有效产生并传递光生电子与空穴, 促进ROS的生成, 从而实现对多种致病微生物的高效灭活. 与传统抗菌策略相比, 这种基于光催化过程的杀菌方式能够在温和条件下实现广谱抗菌, 并在一定程度上避免抗生素耐药性问题的产生, 同时减少化学杀菌剂带来的环境负担[65]. 近年来, 通过构建PDI与无机半导体或碳基材料的异质结构, 可进一步促进光生载流子的分离与传输, 从而显著提升其光催化杀菌性能[66]. 目前, PDI基光催化材料的应用研究主要集中在水体净化和细菌感染治疗两个方向. 在水体净化方面, PDI基光催化体系能够在光照条件下持续产生ROS, 对水体中的细菌等微生物污染物进行高效灭活, 从而实现绿色、可持续的水体消毒. 在细菌感染治疗方面, PDI基材料可在光照触发下实现局部ROS的原位生成, 对感染部位的致病菌进行有效杀灭, 为发展非抗生素依赖的抗菌治疗策略提供了新的材料体系. 随着材料结构设计和界面调控策略的不断发展, PDI基光催化抗菌体系在环境消毒与生物医学领域的应用前景将进一步拓展.

4.1 水体净化与环境治理

细菌污染是威胁水环境安全与公共健康的重要因素之一[67]. 随着工业化和城市化进程的加快, 大量生活、农业及医疗废水排放进入水体, 使多种致病微生物(如E.coli、S. aureus和沙门氏菌等)在地表水和地下水中广泛存在, 并可通过饮用水、灌溉及食品加工等途径传播, 诱发多种水源性疾病[68]. 此外, 部分微生物能够在水处理系统中形成稳定的生物膜结构, 对常规消毒剂和紫外辐照等传统处理手段表现出较强耐受性, 显著降低杀菌效率. 同时, 抗生素的长期使用与排放促进了耐药菌及抗性基因在水体中的富集与扩散, 进一步增加了水体治理的复杂性[69]. 因此, 开发高效、稳定且环境友好的新型杀菌水处理技术已成为水环境治理领域的重要研究方向. 近年来, 基于光催化过程的抗菌技术因能够在光照条件下持续产生ROS, 实现对水体微生物的高效灭活而受到广泛关注[70].
在水体净化领域, 通过构建有机-无机异质结构能够显著提升PDI基材料的光催化性能. Ma等[71]将PDI与Cu2O复合构建异质体系, 利用PDI优异的光吸收特性将材料的光响应范围由Cu2O主要覆盖的紫外-可见区进一步拓展至近红外区域, 从而提高了太阳光的整体利用效率(图9a). 同时, 两者之间的界面耦合作用有效抑制了Cu2O在光照条件下的光腐蚀问题, 使体系在长期运行过程中保持良好的结构稳定性. 实验结果表明, 该复合材料在连续使用30 d后, 对S. aureus和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa, P. aeruginosa)的灭活效率仍保持在90%以上, 并在实际海水挂板实验中60 d内未观察到明显的生物污损现象, 显示出在复杂水环境中抑制微生物污染的应用潜力. 在此基础上, 通过缺陷工程与PDI异质结构的协同调控, 可以进一步优化光生载流子的分离与传输行为. 通过N掺杂对Cu2O进行缺陷调控, 构建了Cu2NxO1-x/PDI pn异质结构[72]. 在该体系中, PDI不仅作为光吸收单元拓展材料的近红外响应, 还充当电子传输桥梁, 促进界面定向电荷迁移并有效抑制电子-空穴复合, 从而显著提升光催化过程中ROS的生成效率. 该材料在水体中表现出优异的抗生素耐药菌灭活能力, 并在海水挂板实验中60 d内未出现明显的藻类或微生物附着现象. 总体而言, 缺陷调控与PDI界面工程的协同作用不仅提升了光催化净化性能, 还在一定程度上降低了金属离子泄漏风险, 为兼顾水体净化效率与环境安全性的光催化材料设计提供了新的思路.
在此基础上, 研究者进一步将PDI与金属有机框架材料耦合, 通过界面结构调控提升其光催化杀菌性能. Wang等[73]采用有机超分子桥接策略构建的PDI与MIL-125(Ti)-NH2异质结体系, 可在界面形成具有受阻路易斯对特征的功能结构(图9c). 其中, 不饱和Ti-O团簇作为电子受体位点, 而PDI作为空穴捕获中心, 二者协同作用有效促进光生载流子的空间分离并抑制复合. 得益于该异质界面所诱导的局域微极化电场及多活性位点的协同作用, 体系能够显著提高活性氧物种的生成效率, 从而增强对细菌的氧化损伤能力. 在光照条件下, 该材料对典型致病菌表现出优异的灭活效果, 体现出良好的光催化杀菌活性(图9d). 该研究表明, 通过构建具有受阻路易斯对特征的PDI基异质结构, 可有效强化载流子分离与界面反应过程, 为开发高效光催化抗菌材料提供了新的设计思路.
图9 (a) Cu2O/PDI异质结抗菌机理示意图. 已获得参考文献[71]的转载许可, 版权所有© 2023 Elsevier. (b) Cu2N0.02O0.98/PDI光催化抗菌活性增强机理. 已获得参考文献[72]的转载许可, 版权所有© 2025 Elsevier. (c) PDI@MTi异质结的优化结构及电荷密度差的切片法示意图. (d) PDI@MTi纳米复合材料光催化处理细菌的反应机理. 已获得参考文献[73]的转载许可, 版权所有© 2022 Elsevier

Figure 9 (a) Schematic illustration of the antibacterial mechanism of the Cu2O/PDI heterostructure. Reprinted with permission from ref. [71]. Copy right © 2023 Elsevier. (b) The mechanisms of enhanced photocatalytic antibacterial activity of Cu2N0.02O0.98/PDI. Reprinted with permission from ref. [72]. Copy right © 2025 Elsevier. (c) Optimized structure of the PDI@MTi heterostructure and schematic of the slice method for charge density difference. (d) Reaction mechanism of bacterial photocatalytic treatment by PDI@MTi nanocomposites. Reprinted with permission from ref. [73]. Copy right © 2022 Elsevier

4.2 细菌感染治疗与生物医学应用

细菌感染仍然是公共健康领域面临的重要挑战[74]. 革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌均可引发皮肤浅表感染、术后伤口感染等, 导致局部炎症扩散和组织修复受阻. 与此同时, 抗生素的滥用催生了多重耐药菌, 使传统药物治疗效果下降甚至失效; 而金属基或化学消毒剂类抗菌材料常伴随生物毒性或破坏局部微环境, 难以兼顾杀菌效率与安全性. 在这一背景下, PDI基材料凭借可控的光催化活性、可调的表面功能以及良好的生物相容性, 显示出在光催化杀菌治疗中的巨大潜力.
作为一种安全且无毒的有机光催化剂, PDI对人皮肤成纤维细胞表现出极低的细胞毒性(图10a). 此外, PDI基光催化剂通常呈微米片状结构, 结合细胞贴壁生长特性, 可作为微型支架促进细胞增殖与迁移(图10b), 在伤口愈合过程中发挥积极作用[61]. Western blot分析进一步显示, 相关功能性蛋白的表达水平明显上升(图10c), 验证了材料对细胞活性及功能的促进作用.
图10 (a) PDINH/GO的细胞毒性测试, (b)划痕实验(c)相关蛋白的表达. 已获得参考文献[61]的转载许可, 版权所有©2023 Elsevier. (d) Sn3O4/PDI异质结构杀菌机制示意图; (e) Sn3O4/PDI异质结构的抗感染治疗效果. 已获得参考文献[60]的转载许可, 版权所有© 2021 Wiley-VCH GmbH. (f) C3N4/PDI不同时间处理下的细菌活死染色; (g) C3N4/PDI异质结构体外抗菌活性. 已获得参考文献[75]的转载许可, 版权所有© 2019 Wiley-VCH GmbH

Figure 10 (a) Cytotoxicity assay of PDINH/GO. (b) Scratch wound healing assay. (c) Expression of related proteins. Reprinted with permission from ref. [61]. Copy right © 2023 Elsevier. (d) Schematic illustration of the antibacterial mechanism of the Sn3O4/PDI heterostructure. (e) Antibacterial and anti-infection efficacy of the Sn3O4/PDI heterostructure. Reprinted with permission from ref. [60]. Copy right © 2021 Wiley-VCH GmbH. (f) Live/dead staining of bacteria after treatment with C3N4/PDI for different durations. (g) In vitro antibacterial activity of the C3N4/PDI heterostructure. Reprinted with permission from ref. [75]. Copy right © 2019 Wiley-VCH GmbH

Yang等[60]构建的分级Sn3O4/PDI异质结构为例, Sn3O4纳米片基底可实现PDI原位自组装, 形成高比表面积界面, 同时将光响应拓展至近红外区域, 促进光生载流子分离并增强ROS生成(图10d). 在动物皮肤感染模型中, 该体系不仅高效灭活细菌, 还促进伤口胶原蛋白再生与真皮修复, 对正常表皮细胞毒性低, 实现杀菌与组织修复一体化(图10e). 此外, Wang等[75]报道了一种g-C3N4/PDI全有机异质结构材料, 该材料通过原位重结晶形成交错能带, 不仅将光响应范围延伸至近红外区域, 还通过界面电荷的定向转移显著提升了ROS的生成效率. 在ROS的作用下, 随着处理时间的延长, 细菌表现出明显的形态破坏和死亡, 荧光染色结果亦显示死细菌数量逐渐增加(图10f). 在体内感染治疗实验中, 该异质结构材料表现出良好的伤口愈合效果, 同时处理组小鼠的体重亦明显回升, 显示出其优异的生物相容性和抗感染潜力(图10g).
在动物感染模型中, 该材料对革兰氏阳性菌和阴性菌均表现出广谱灭活能力, 同时可紧密贴合伤口表面, 减少物理刺激, 实现快速菌体清除、炎症减轻和伤口愈合, 对正常成纤维细胞无明显毒性. 进一步地, Jiao等[76]构建了氯化g-C3N4/PDI异质结构, 并在氯化g-C3N4提供的结合位点上均匀负载Ag纳米颗粒, 形成等离子体增强型光催化抗菌体系. 得益于原位嵌入策略, 均匀分散的Ag颗粒通过表面等离子体共振效应增强光吸收并促进ROS的生成. 对S. aureus的抑菌效率达到96.1%. 同时, Ag颗粒与Cl-PDI之间的强相互作用有效抑制了银离子泄漏, 使材料在保持较低毒性的同时具有良好的稳定性, 在多次循环抗菌实验中仍保持稳定活性, 展现出在细菌感染治疗和创面消毒中的应用潜力.
同时, 针对临床伤口感染中普遍存在的细菌生物膜耐药与清除困难问题, PDI基光催化体系可通过ROS穿透生物膜胞外基质, 实现对生物膜内部细菌的高效杀灭, 对MRSA、P. aeruginosa等临床常见耐药菌生物膜的清除率可达85%以上, 显著优于传统抗生素与消毒剂, 能够有效解决生物膜导致的慢性感染、伤口不愈合等临床痛点.
总体来看, PDI基光催化材料通过精准的ROS释放与界面调控, 可实现对多种致病菌的高效灭活, 在水环境净化与生物安全应用中表现出优异性能, 为开发绿色高效的抗菌体系提供了重要材料基础. 为更直观地对比不同体系的性能差异与功能特点, 现将代表性PDI基光催化抗菌材料的关键性能参数汇总于表1.
表1 典型PDI基光催化抗菌材料性能对比

Table 1 Performance comparison of typical PDI-based photocatalytic antibacterial materials

复合材料 作用菌种 光源 杀菌效率 循环稳定性 生物安全性 PDI 核心功能 文献
PDI/NH2-UiO-66 E. coli
S. aureus		 可见光 >99%
 5次无明显下降 低毒 光敏单元
电子桥		 [43]
Ag@AgCl/PDI MRSA 可见光 97%、95% 5次稳定 良好
(无金属)		 光敏单元
捕获活化剂		 [44]
Co-N-C/PDI E. coli
S. aureus		 可见光 >99% 8次
(磁分离)		 良好 光敏单元
H2O2原位源		 [28]
Cu2O/PDI S. aureus
P. aeruginosa		 全光谱 30 d仍>90% 10次稳定 低毒
(低金属泄漏)		 光敏单元
抗腐蚀		 [71]
Sn3O4/PDI E. coli
S. aureus
MRSA		 可见-近红外 >99% 5次高效 极低毒
促细胞增殖		 光敏单元
细菌捕获		 [60]

5 结论与展望

综上所述, 苝二酰亚胺(PDI)及其衍生物作为一类具有稳定π共轭结构的有机半导体材料, 在光催化抗菌领域展现出显著优势. 其分子结构具有良好的可设计性, 通过酰亚胺位和海湾位的结构修饰, 可以对分子的光吸收性质、能级结构以及自组装行为进行精细调控, 从而实现对光生载流子行为和活性氧物种生成过程的有效调节. 在光照条件下, PDI基材料能够通过光生电子-空穴对参与氧化还原反应, 持续产生•O2−、•OH、H2O2及1O2等多种ROS, 对细菌细胞膜、蛋白质及遗传物质产生非特异性氧化损伤, 实现广谱且不易诱导耐药性的杀菌效果. 近年来, 通过分子结构工程、超分子组装调控以及有机-无机异质结构构建等策略, PDI基光催化材料在光吸收范围拓展、电荷分离效率提升以及ROS生成能力增强等方面均取得了显著进展. 同时, 通过界面工程和表面功能化设计, 实现了材料对细菌的富集与捕获, 构建了“细菌捕获-原位光催化杀灭”的协同抗菌模式, 显著提升了光催化抗菌效率. 在此基础上, PDI基光催化体系已在水体净化和细菌感染治疗等领域展现出良好的应用潜力, 为发展绿色、可持续的抗菌技术提供了新的材料平台.
尽管近年来PDI基光催化抗菌材料的结构设计与应用研究已取得显著进展, 但面向实际水环境治理与临床感染治疗的真实场景, 仍需在光响应范围、生物安全性、环境友好性、复杂体系适应性等方向开展更具针对性的创新. 结合领域发展趋势, 本文对未来重点研究方向展望如下:
(1)近红外光响应PDI光催化抗菌体系的开发: 目前多数PDI基材料仅在可见光区表现出高效抗菌活性, 而近红外光具备组织穿透深、生物损伤小、适用场景广等突出优势, 是临床深层感染治疗与自然光驱动净化的理想光源. 未来可通过海湾位共轭拓展、给体-受体结构强化、窄带隙分子骨架重构以及等离子体复合等策略, 构建具有强近红外吸收的PDI衍生物, 实现可见光-近红外全光谱响应, 进而显著提升材料在深层组织感染、浑浊水体以及弱光环境下的抗菌效率.
(2)可降解/高生物相容性PDI抗菌体系的构建: 面向体内植入、伤口敷料、局部注射等临床应用场景, PDI材料的可降解性与体内代谢安全性已成为关键瓶颈, 现有PDI骨架化学稳定性过高, 难以在生物体内自然降解与清除. 未来应重点发展可降解型PDI前体, 在酰亚胺侧链或海湾位引入酯键、酰胺键、缩醛键等可水解/酶解单元; 构建pH响应、ROS响应、谷胱甘肽响应等可断裂PDI结构; 设计与可降解高分子、生物多糖、可吸收无机载体复合的低残留、可代谢PDI基复合材料, 实现材料在完成杀菌功能后安全降解, 从根本上解决生物累积风险.
(3)生物膜靶向与深层穿透型PDI抗菌材料的研发: 细菌生物膜因具有致密的胞外聚合物, 会严重阻碍ROS扩散, 是造成临床难治性感染、传统抗菌策略失效的核心难题. 未来需通过分子与界面功能设计, 重点开发生物膜靶向与深层穿透型PDI抗菌材料, 利用正电/疏水靶向基团修饰增强材料对生物膜的黏附与渗透能力, 将PDI与溶菌酶、生物膜分散剂等联用以协同破坏生物膜结构, 同时构建自供氧/微环境响应型PDI体系, 缓解生物膜内部低氧限制, 提升缺氧微环境下的ROS生成效率, 最终实现对生物膜内细菌从表层到深层的彻底清除.
(4)多功能协同与智能响应型PDI抗菌平台的构建: 单一光催化机制难以满足复杂细菌感染的高效治疗需求, 未来应大力发展多模式协同与智能响应型PDI抗菌平台. 通过将光催化与光热、纳米酶、免疫调控等功能有机结合, 构建多机制协同抗菌体系; 开发光触发、pH触发、细菌微环境触发的智能产ROS/智能释药体系, 实现抗菌功能的时空精准调控; 构建成像-诊断-杀菌一体化PDI材料, 实现感染部位实时监测、精准定位与可视化治疗, 全面提升复杂感染场景下的治疗效果与安全性.
(5)机器学习辅助PDI抗菌材料的精准设计与合成: 人工智能与机器学习的快速发展为PDI材料的理性设计提供了全新范式. 未来可将PDI分子结构、取代基类型、聚集态、能级结构、分子偶极矩、载流子寿命等作为关键描述符, 利用机器学习算法开展高通量筛选、性能预测与逆向结构设计, 快速实现PDI分子、超分子组装体及异质结界面的最优匹配, 大幅缩短研发周期、降低实验成本, 推动PDI基光催化抗菌材料从传统“试错合成”向“数据驱动精准创制”升级.
(6)规模化制备与实际场景应用验证体系的完善: 目前PDI基抗菌材料的研究多集中于实验室小批量合成, 距离实际环境治理与临床医疗应用仍有较大差距. 未来需开发低成本、可放大、绿色低污染的PDI合成与组装工艺, 同时在真实水体、动物感染模型及临床样本中系统开展长期稳定性、抗污染能力、循环使用性能与生物安全性评价, 建立完善的实际应用评价体系, 加速PDI基光催化抗菌体系从实验室基础研究走向产业化与临床转化.
(7)临床转化与工业化制备的现实挑战与应对思路: 当前PDI基光催化抗菌材料的研究仍以实验室小批量合成与性能验证为主, 距离实际临床应用和工业化生产仍存在明显差距. 未来需要系统开展生物安全性、体内代谢行为及长期毒理学研究, 明确临床转化所需的关键评价指标与准入门槛; 同时开发低成本、绿色可放大的合成与组装工艺, 提升材料的批次稳定性与生产效率, 为PDI基抗菌体系的临床应用与产业落地提供支撑.
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