一些無機物質，如金屬、金屬氧化物以及碳基材料等因其固有的微生物毒性（抗菌性）而受到廣泛關注。一般認為，產生活性氧物種（ROS: Reactive Oxygen Species，如羥基自由基 •OH、超氧陰離子•O2-，及非自由基分子如過氧化氫H2O2等）是其具有抗菌性能的主要原因之一。但針對活性氧物種的產生機理，往往眾說紛紜。
無機物質|細胞界面是二者發生相互作用的直接場所。因此，無機物質|細胞界面的物理化學過程應該是揭示無機物質細胞毒性的關鍵。而這在以往的相關研究中卻鮮有涉及。煙臺大學何濤、張濤、崔偉等研究人員巧妙地運用電化學技術手段，針對無機納米材料與環境界面的電子轉移過程，尤其是ROS的產生機理進行深入研究。研究發現，無機納米材料的抗菌性能，與其電催化氧還原反應（ORR）的催化活性、產物選擇性（產生無毒性的物質如H2O，或毒性物質ROS）有重要的關聯性。無機納米材料可以從微生物系統獲得電子，並將電子傳遞給氧氣，無機納米材料誘導的電催化ORR產物的選擇性是決定其是否具有生物毒性的關鍵。
研究表明，有氧狀態下，沒有外界電子的持續注入，無機納米顆粒如ZnO就不能持續產生羥基自由基等ROS物種；而在無氧狀態下，ZnO即便能從細菌獲得電子，也無法產生ROS，因此對厭氧型細菌沒有殺滅作用。這一研究建立了一種新穎的電化學技術手段，可在高性能無機抗菌劑研製過程中作為抗菌性能評價的一種低成本、簡便、快速的方法（相比於細菌培養），也為深入理解無機物質抗菌機制提供了新視角。另一方面，無機材料電催化氧還原（ORR）生成羥基自由基等ROS這一現象，也有望推動電化學殺菌技術在水淨化領域的應用。
圖1: (a)雙電化學工作站(ES)測試機理圖。ES1保持在開路狀態,檢測工作電極電勢；ES2連通時檢測迴路中的電流。(b) 在氮氣（粗線）或空氣（細線）氣氛下，ZnO作為工作電極時的時間-電流、時間-開路電壓曲線圖。
圖2: 無機材料殺菌作用中的電子轉移迴路。細菌提供電子，無機材料轉運電子給氧氣分子，無機材料催化氧還原反應的行為決定其是否具有生物毒性。
論文信息
Electrochemically Accessing ROS-Related Cytotoxicity through the Oxygen Reduction Reaction to Identify Antimicrobial Agents**
Dr. Wei Cui, Yuhua Zhao, Dr. Yanyang Han, Prof. Dr. Xiumin Wang, Dr. Rengui Guan, Prof. Dr. Shanshan Liu, Prof. Dr. Tao Zhang, Prof. Dr. Tao He
ChemElectroChem
DOI: 10.1002/celc.202200560
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