朱伟教授团队在Advanced Powder Materials发表论文：通过原位N-H氯化改性卟啉MOF，实现HOCl生成、解毒、光热疗法和抗菌防御

 近日，华南理工大学生物科学与工程学院朱伟教授联合国防科技大学理学院陶程安教授，在国际知名期刊《先进粉体材料》（Advanced Powder Materials, APM）（IF=24.9）上在线发表题目为“Engineering Porphyrinic MOFs via In-Situ N-H Chlorination for HOCl Generation, Detoxification,Phototheranostics and Antimicrobial Activity”的研究论文。华南理工大学生物科学与工程学院2023级硕士生戈羿与李开波为共同第一作者，朱伟教授和陶呈安教授为共同通讯作者。

 活性氯物种（RCS，如次氯酸）介导的微生物防御，是自然界先天免疫中高效且保守的氧化机制，受此启发，研究团队成功设计并构建了一种新型的卟啉基锆金属有机框架（MOF）材料--PCN-222-Cl。该研究提出了一种可编程化的原位 N-H 氯化策略：利用简单、通用的室温浸泡法，在维持母体框架形貌与整体骨架完整性的前提下，将卟啉大环配体中的氢原子置换为强吸电子的氯原子。理论与实验结果表明，这种原位改性成功打破了原有的电子结构分布，显著增强了卟啉环的亲电性，并赋予了该材料独特的光响应机制。该项工作通过重塑分子工程框架，有效复刻并升级了自然界的精确免疫防御策略，为发展下一代时空可控的光诱导精准治疗制剂奠定了重要的材料学基础。  

 图1.卟啉金属有机框架介导的活性氯化学用于光热诊疗与抗菌防御的示意图

 在核心机理方面，这种精准的分子修饰催生了独特的电子重构与“光热-氧化”耦合机制。理论计算与实验表征（DFT/TD-DFT）表明，氯化修饰使材料的能带隙从 2.70eV 显著降低至2.44 eV，极大地促进了电子跃迁并大幅提升系统内串联转换（ISC）速率，从而展现出卓越的单线态氧（1O2）等活性氧（ROS）产生能力。在框架内部，电子激活的卟啉配体与材料自身具备路易斯酸性的 Zr6O4OH4节点产生了强烈的化学协同效应，赋予了材料优异的催化降解活性，成功克服了传统 RCS 系统在生物中性微环境下催化效率低、难以长效释放的限制，实现了活性氯（HOCl）在温和酸性至中性环境下的持久、高效释放。此外，PCN-222-Cl 自身表现出优异的光热性能，在光照激发驱动下产生的高温能够显著加速氯氧化动力学并动态暴露更多催化活性位点，从而构建起“光热-氧化”双重细胞毒性的多级协同消融模式。

 图2. PCN-222-Cl的合成、结构表征、理论计算及光化学性能分析

 凭借这一独特的协同机制，该多功能平台在体外综合性能评估中展现出了极为优异的防化解毒与广谱抗菌活性。针对化学战剂模拟物，PCN-222-Cl 表现出极佳的催化降解和光催化氧化能力，在光照条件下仅需约 3.4分钟 即可完成 50% 芥子气模拟物（CEES）的转化，并在 8分钟 内实现完全清除。在抗菌领域，得益于长效的 HOCl 缓释能力，该材料对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的杀菌效率分别高达 99.7% 和 99.9 %，远超未修饰母体框架的 21.8% 和 50.7 %。通过扫描电镜（SEM）可以清晰观测到，经过治疗后的细菌出现了严重的结构崩塌与膜破裂，有力地证实了其强大的机械破坏与氧化杀伤效果。

图3. 材料的化学降解活性与生物抗菌效果评估

 在体内外抗肿瘤疗效的实验探究中，团队利用 4T1 乳腺癌小鼠模型进一步证实了该材料“光热-氧化-光动力”三维多能一体化体系的巨大潜力。在无光照的黑暗条件下，PCN-222-Cl 能够凭借自发的活性氯缓慢释放能力实现暗反应的有效抑制，通过诱导线粒体功能障碍，成功达到了 94.5% 的肿瘤生长抑制率以及 39.1% 的 Ki67 增殖指数下降。而当引入光疗后，系统触发了“活性氯+活性氧”的双重放大效应，使瘤内 ROS 水平瞬间提升至原先的 2.4倍，最终将肿瘤综合抑制率推升至99.3 %，实现了近乎完全的肿瘤消融。与此同时，该平台展现出了卓越的体内安全性与优异的临床转化、再生潜力，在为期 14 天的系统治疗中，小鼠体重保持稳定，血清生化指标、主要器官组织形态（H&E 染色）以及溶血实验均未见任何异常。  

 图4. PCN-222-Cl在4T1荷瘤小鼠体内的抗肿瘤疗效

 该研究的创新核心在于通过原位配体 N-H 氯化技术实现卟啉 MOF 的电子结构重构，成功将仿生 RCS 活性氯化学与多模态光诊疗（光热/光动力）融为一体，攻克了中性环境下活性氯催化释放的难题，构筑了兼具高催化活性、广谱抗菌与高效抗肿瘤的多功能框架平台。

 该研究得到了“国家自然科学基金（22472200, 22075319, 22372061, 22572061）、广东省科技计划项目（2024B1111130002）、广州市科技计划项目（No.2024A03J0163）、中央高校基本科研业务费等项目的共同支持。