光活性TiO2 @SiO2 涂层织物介导的核酸光催化降解机制及其在生物污染防控中的应用

　　针对生化实验室中残留核酸(NA)污染导致PCR检测假阳性的难题，俄罗斯科学院鲍列斯科夫催化研究所团队开发了基于TiO2 @SiO2 涂层的自清洁纺织品。研究通过酶修复技术揭示UVA照射下DNA/RNA的降解机制，证实氧化损伤碱基与单/双链断裂(SSBs/DSBs)是PCR信号衰减的主因，为病原体基因残留清除提供了新材料解决方案。

　　

在生化诊断实验室中，核酸(NA)污染如同看不见的幽灵——极微量的DNA/RNA片段可能通过污染试剂或样本，导致高度敏感的聚合酶链反应(PCR)检测出现假阳性结果。更棘手的是，这些生物大分子能在塑料、金属等材料表面长期稳定存在，常规消毒方法难以彻底清除。当医院和工厂面临空气传播的病原体基因污染时，这一挑战尤为严峻。传统解决方案需要反复使用紫外线、乙醇或次氯酸钠处理，既低效又不可持续。

俄罗斯科学院鲍列斯科夫催化研究所的Maria Solovyeva团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的研究，为这一难题带来了突破。研究者创新性地将纳米TiO₂
通过硅基粘合剂固载于棉/聚酯混纺面料，构建出具有持久光催化活性的TiO₂
@SiO₂
功能织物。当这种材料在UVA照射下，不仅能分解空气中的有机污染物，更能通过特定机制彻底降解吸附的各类核酸分子。

研究采用多学科交叉技术：通过X射线光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(EPR)表征材料的光催化活性位点；利用T4 DNA连接酶和DNA糖基化酶等修复酶逆向解析NA损伤类型；结合定量PCR(qPCR)和Sanger测序技术追踪DNA片段、基因组DNA、rRNA和snRNA的降解动力学。特别值得注意的是，实验选用来自人类细胞系的基因组DNA和临床分离的RNA样本，确保研究结论的临床相关性。

【材料表征】部分揭示，SiO₂
基质通过Si-O-Ti键将TiO₂
纳米颗粒牢固锚定在纤维表面，形成厚度约120 nm的功能层。EPR检测证实该材料在UVA下持续产生羟基自由基(OH^?
)和超氧阴离子(O₂
^?–
)，为后续NA降解提供活性氧物种(ROS)。

【核酸降解机制】部分通过巧妙的"分子考古学"方法还原损伤过程：当使用甲酰胺嘧啶DNA糖基化酶(FPG)处理降解样品时，PCR信号恢复达47%，证明鸟嘌呤氧化产物8-氧代鸟嘌呤(8-oxoG)是主要损伤形式；T4 DNA连接酶处理使超螺旋质粒DNA的电泳条带恢复，直接证实单链断裂(SSBs)的存在；而双链断裂(DSBs)则通过琼脂糖凝胶中线性DNA条带的出现得以验证。

【结论】部分阐明，NA降解呈现三阶段特征：首先是ROS攻击嘌呤/嘧啶碱基形成氧化损伤（如胸腺嘧啶二醇和5-羟基胞嘧啶），继而糖磷酸骨架发生SSBs，最终积累DSBs导致PCR扩增完全失败。特别重要的是，研究证实rRNA（16S/23S）比DNA更易降解，这对防控RNA病毒污染具有特殊价值。

这项研究的意义远超实验室污染控制范畴：首先，揭示的NA降解机制可推广至抗生素抗性基因(ARGs)的清除，对抗全球耐药性危机；其次，材料在医用纺织品中的应用可阻断病原体基因在医院的传播链；最后，建立的酶修复-分子检测联用技术为评估自清洁材料效能提供了新范式。正如通讯作者Dmitry Selishchev强调的，该工作"将光催化基础研究转化为解决生物污染的实际方案"，为公共卫生安全提供了创新性技术支撑。