近日，东北大学材料科学与工程学院王福会教授团队徐大可教授课题组在高熵合金纳米材料组分设计与光热协同抗菌领域取得新进展。相关成果以“Compositionally Tuned FeNiMnCuNbAgₓ High-Entropy Alloy Nanoparticles with Enhanced ROS Generation and Photothermal Antibacterial Activity”为题，已被国际学术期刊Advanced Functional Materials接收。东北大学为论文第一完成单位和唯一通讯单位，博士生仇钰与林佳、吴堂清为共同第一作者，徐大可教授、李逸兴副教授和王迪副教授为共同通讯作者。
微生物在海洋工程设施和各类材料表面附着、繁殖，逐渐形成具有保护作用的生物膜，是海洋生物污损及相关微生物腐蚀问题的重要诱因。生物膜中的胞外聚合物能够阻碍抗菌物质渗透，使成熟生物膜比浮游细菌更难清除。银基纳米材料虽具有良好的抗菌潜力，但银在高温合金化过程中易挥发、偏析，给多组元纳米颗粒的均匀制备及低剂量高效利用带来了挑战。如何将银的抗菌活性与多元素协同效应、太阳光响应能力相结合，是构筑新型多功能抗菌材料需要解决的关键问题。
FeNiMnCuNbAgx高熵合金纳米颗粒的制备及光热、活性氧与金属离子协同抗菌机制示意图
针对上述问题，研究团队采用非平衡直流电弧等离子体技术，成功制备了组分可调的FeNiMnCuNbAgₓ高熵合金纳米颗粒。通过引入铌（Nb）元素，有效改善了银（Ag）在高温合成过程中的稳定性，抑制其偏析，并利用多元素协同作用，构建了集金属离子抗菌、活性氧（ROS）生成和光热响应于一体的多功能抗菌体系。研究结果表明，FeNiMnCuNbAg0.25纳米颗粒在仅15 μg/mL的浓度下，对铜绿假单胞菌的杀灭率超过99.99%；在模拟太阳光照射下，对越南芽孢杆菌生物膜内细菌的杀灭率由86%提升至98%，表现出优异的光热协同抗菌性能。进一步结合电子顺磁共振（ESR）、密度泛函理论（DFT）计算及转录组分析发现，Ag的引入能够调节氧还原反应路径，促进活性氧生成，并通过诱导细菌氧化应激、干扰呼吸代谢和蛋白质合成等过程发挥协同抗菌作用。
该研究为高熵合金纳米材料的组分设计及低剂量高效抗菌提供了新思路，也为理解复杂合金表面反应与细菌代谢响应之间的联系提供了实验和理论依据。相关成果在海洋生物污损控制、功能抗菌材料及生物膜治理等领域具有进一步研究和应用的潜力。研究获得国家杰出青年科学基金、辽宁省振兴人才计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金以及中国博士后科学基金相关项目的资助。
