基于环糊精MOFs的新型双功能烟雾净化器

       卷烟点燃后烟雾会释放出大量的活性氧和活性氮，如超氧阴离子（•O2-）和羟基自由基（•OH）等，自由基过量会介导氧化防御系统和抗氧化防御系统之间的失衡，进一步导致细胞功能障碍和死亡，并对人体器官造成重大伤害，增加急性和慢性肺损伤的发病率。另外，卷烟在生产和加工过程中会产生刺激性气味，影响卷烟的质量。因此，清除卷烟中的自由基，降低生产加工过程中的不良气味是减轻吸烟损伤风险，提高卷烟整体质量的关键因素。综上所述，开发具有优良耐热性和生物相容性的合适载体对减少吸烟引起的肺损伤和掩盖卷烟的刺激性气味至关重要。

       基于此，上海应用技术大学胡静教授团队与上海市实验动物研究中心合作，在具有良好生物相容性的γ-环糊精基金属-有机框架中引入具有自由基清除活性的碳点纳米酶和改善香气的薄荷酮，从而开发了一种新型的烟雾净化器（CDs/ME@MOF），以减少卷烟烟雾中的气味刺激、降低烟雾引起的肺毒性。本研究强调了CDs/ME@MOF作为一种安全、环境友好和多用途添加剂用于修饰卷烟滤嘴的潜力。相关研究成果以“ Highly Biocompatible Composites as Cigarette Smoke Purifiers for Free Radical Scavenging and Pungent Odor Masking ”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

       文章以γ-环糊精金属-有机框架（γ-CD-MOF）为骨架，利用其孔道结构负载香料，在改善卷烟质量的同时提高了香料的稳定性。随后，在ME@MOF外部负载具有超高自由基清除活性的碳点。SEM图像表明CDs/ME@MOF复合材料具有单分散立方体形，尺寸均匀，平均尺寸为5.49 ± 0.88 μm。自由基清除实验表明，CDs/ME@MOF对•OH（63.61%）、•O2-（42.67%）、DPPH·、ABTS·+、PTIO·（约100%）等自由基均有较高的清除作用。接着，研究者将CDs/ME@MOF复合材料应用于卷烟过滤嘴改性，并对其烟雾中的自由基、尼古丁和挥发性成分进行检测，结果表明与未改性的滤嘴相比，CDs/ME@MOF改性对烟雾中的自由基清除率高达96.46%，且显著降低了烟雾中的尼古丁含量，同时在烟雾中检测到了含有薄荷香气的挥发性风味物质以及焦糖和烤坚果等芳香物质。

       最后，作者进一步采用BALB/c小鼠模型进行体内研究，肺部H&E染色图像、体内抗氧化水平（GSH、SOD、MDA等）、体内炎症因子表达（IL-1b、TNF-a）等指标均证明CDs/ME@MOF修饰能够减轻卷烟烟雾引起的肺部氧化损伤。并且，与对照组相比，添加CDs/ME@MOF样品组的小鼠肝肾功能的血清生化指标包括谷丙转氨酶（ALT）、天冬氨酸转氨酶（AST）、碱性磷酸酶（ALP）等均无统计学意义，表明CDs/ME@MOF的毒性可以忽略不计，具有良好的生物安全性。

图1. CDs/ME@MOF的制备和卷烟滤嘴应用示意图

图2.（a）CDs/ME@MOF的抗氧化机制示意图；（b）ROS清除活性。•OH和•O2−的清除率随CDs/ME@MOF的浓度变化；（c）DPPH·、ABTS·+、PTIO·的清除率随CDs/ME@MOF的浓度变化；（d）测试卷烟烟雾提取物中自由基水平的装置示意图；不同步骤中样品粉末的（e）•OH和（f）•O2−的清除率；（g）CDs/ME@MOF材料的ROS清除性能可重复性示意图；（h）CDs/ME@MOF在卷烟滤嘴中重复使用5个吸烟周期的•OH和•O2−清除率变化；（i）基于GC-MS分析卷烟滤嘴和含有CDs/ME@MOF材料的滤嘴所产生的卷烟烟雾中的尼古丁量。

图3.（a）单个粉末样品（包括γ-CD-MOF、C-dots、ME@MOF和CDs/ME@MOF）和（b）未加样品或添加ME@MOF和CDs/ME@MOF的过滤嘴的卷烟烟雾中挥发性芳香化合物分布的热图。卷烟烟雾粒相部分由抽烟机收集到剑桥滤片中，然后用气相色谱-质谱分析。

图4.（a）动物模型研究中用于使小鼠暴露于卷烟烟雾的实验设计和设置的示意图概述；（b）不同处理后小鼠肺组织的H&E染色；在相同条件下，暴露于未修饰样品的卷烟烟雾中以及暴露于γ-CD-MOF,ME@MOF,C-dots和CDs/ME@MOF不同样品修饰的卷烟烟雾中的小鼠的（c）肺指数，（d）GSH含量，（e）SOD活性，（f）MDA水平；（g）血清TNF-α和（h）血清IL-1β促炎因子水平在各组间发生变化。