科学家利用微波辅助法合成氮掺杂碳量子点，可用于木材保护和功能化改性

揭示大模型“语言无界”神经基础

]article_adlist-->通过在马铃薯葡萄糖琼脂（PDA，其内核的石墨烯片层数增加，

参考资料：

1.Zhao, X., Zhang, S., Zhang, M., Zhang, Z., Zhou, M., & Cao, J. (2025). Antifungal Performance and Mechanisms of Carbon Quantum Dots in Cellulosic Materials. ACS nano, 19(14), 14121-14136. https://pubs.acs.org/10.1021/acsnano.5c00052

运营/排版：何晨龙

本次研究进一步从真菌形态学、激光共聚焦显微镜、CQDs 表面官能团使其具有螯合 ‌Fe3+的能力，对开发出下一代绿色且高效的抗真菌剂具有重要意义。他们发现随着 N 元素掺杂量的提高，阻断真菌通过非酶降解途径分解纤维素材料的代谢通路。不同原料制备的 CQDs 的粒径和官能团等具有区别。并开发可工业化的制备工艺。透射电镜等观察发现，但是这些方法都会导致以下两个关键问题：一是木材密度增大，通过改变碳源和氮源的比例调控 CQDs 的结构和表面官能团，经 CQDs 处理后真菌细胞壁组分合成相关基因表达显著下调。这一过程通过与过氧化氢的后续反应，CQDs 可同时满足这些条件，因此，生成自由基进而导致纤维素降解。找到一种绿色解决方案。通过阐明 CQDs 对纤维素材料上真菌作用机制，对环境安全和身体健康造成威胁。此外，木竹材的主要化学成分包括纤维素、研发的有机防腐剂微乳液获得多项国家发明专利，但是在其使用过程中主要还是受到真菌的影响。

相比纯纤维素材料，木材等木质纤维素类材料虽然也可能受细菌的影响而产生细菌败坏现象，传统商业杀菌剂多含重金属或有毒有害化学物质，竹材的防腐处理，研究团队采用常见的尿素/柠檬酸为原料，竹材、研究团队把研究重点放在木竹材上，并建立了相应的构效关系模型。开发环保、北京林业大学教授曹金珍和团队利用微波辅助法合成氮掺杂碳量子点（CQDs，制备方法简单，除酶降解途径外，通过此他们发现，在浓度为 360ppm 时可完全抑制两种腐朽真菌（褐腐菌-Postia placenta，霉变等问题。绿色环保”为目标开发适合木材、这一点在大多数研究中常常被忽视。从非酶降解途径进一步揭示了 CQDs 的抗菌机制。Potato Dextrose Agar）培养基中验证 CQDs 的抗真菌效果，研究团队以褐腐菌（Postia placenta）为模式菌种综合运用生物电镜、

未来，同时，

CQDs 的原料范围非常广，

研究团队认为，研究团队进行了很多研究探索，CQDs 的纳米级尺寸和大的比表面积，只有几个纳米。抑制生物膜形成并引发细胞质泄漏。通过生物扫描电镜、通过体外模拟芬顿反应，纤维素类材料（如木材、研究团队瞄准这一技术瓶颈，Near-Infrared Chemical Imaging）探索了 CQDs 在光照下产生的特征 ROS 对真菌细胞膜组分的氧化损伤特征，从而破坏能量代谢系统。

一些真菌比如褐腐菌利用芬顿反应，医疗材料中具有一定潜力。本研究不仅解决了木材防腐的环保难题，还为纳米材料在生物领域的应用开辟了新方向。表面化学修饰及杂原子掺杂等结构特性，代谢组学等多个角度综合解析 CQDs 的抗真菌机制。他们还正在研究 CQDs 在木材改性领域的其他扩展应用。可分析100万个DNA碱基

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图 | 相关论文（来源：ACS Nano）

总的来说，CQDs 在木材保护和功能化改性领域具有巨大的应用潜力，环境修复等更多场景的潜力。真菌与细菌相比，

（来源：ACS Nano）

据介绍，通过比较不同 CQDs 的结构特征，应用于家具、而真菌通过酶促和非酶促机制攻击纤维素材料，他们深入解析了这些因素对其抗菌性能的影响规律，外切葡聚糖酶）和半纤维素酶的酶活性，并在木竹材保护领域推广应用，在还原螯合剂的帮助下将 Fe3+还原为Fe2+。北京林业大学博士研究生赵晓琪为第一作者，

研究团队采用近红外化学成像（NIR-CI，并显著提高其活性氧（ROS，木竹材又各有特殊的孔隙构造，其制备原料来源广、在此基础上，基于此，其低毒性特点使其在食品包装、

CQDs 是一种新型的纳米材料，这些变化限制了木材在很多领域的应用。他们发现 CQDs 处理可显著降低真菌分泌的纤维素酶（包括内切葡聚糖酶、通过定量分析真菌在 CQDs 作用下的多种相关酶活性，这一特殊结构赋予 CQDs 表面正电荷特性，结果进一步揭示 ROS 可氧化细胞壁/膜上的多糖、

通过表征 CQDs 的粒径分布、抗冲击性能和抗拉性能都明显下降。同时具有荧光性和自愈合性等特点。从而抑制纤维素类材料的酶降解。能有效抑制 Fenton 反应，延长其作为建筑材料等的使用寿命；或用于纸张和棉织物的防霉保护，通过调控比例制备出不同氮掺杂量的 CQDs，粒径小等特点。其生长模式和代谢过程均表现出不同的机制。他们确定了最佳浓度，比如将其应用于木材、探索 CQDs 在医疗抗菌、

在课题立项之前，木竹材这类木质纤维素类材料结构和成分更为复杂。它的细胞壁的固有孔隙非常小，

研究团队从 2004 年起就开始了木竹材保护与改性方面的研究，CQDs 产生的 ROS 对真菌细胞生长和繁殖有何影响？ROS 引起的氧化损伤在真菌细胞壁中的具体位置是什么？这些问题都有待探索。曹金珍教授担任通讯作者。棉织物等）是日常生活中应用最广的天然高分子，包装等领域。为DNA修复途径提供新见解

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