克拉科夫波兰科学院核物理研究所（IFJ PAN）研究人员开发出一种二氧化硅纳米复合材料，可在微生物引发的化学环境变化下“按需”生成杀菌性活性氧物种（ROS），用于表面自消毒涂层。相关研究已发表在期刊《Applied Surface Science》。

该材料被命名为B-STING（Biocidal Silica-Templated Immobilized Nano-Groups）。研究团队表示，与常见依赖金或银纳米颗粒并需与微生物直接接触的杀菌路径不同，B-STING本身并非直接的生物活性物质，而是通过催化反应在材料内部生成可穿透细菌和真菌细胞膜的活性氧物种。论文第一作者、IFJ PAN的Magdalena Laskowska博士称，这一方案是团队多年工作的成果。

在结构设计上，B-STING以直径约8纳米的二氧化硅柱状介孔为基础，孔道以六角规则层排列，形态类似蜂巢。研究人员介绍，在厚度约100纳米的平面样品中，这种介孔结构可使表面积较原始平面显著增加，接近80倍。

研究团队在介孔内通过丙基桥以一定间距固定含单个金属原子的功能基团，样品中采用的是铜。研究人员指出，功能基团位于孔壁保护之下，有助于提升耐久性；同时，每个铜原子可作为单原子催化中心与周围环境接触，催化空气进入孔道的水和氧气生成活性氧物种。IFJ PAN的Lukasz Laskowski教授表示，相比由数千原子构成、部分原子难以参与反应的金银纳米颗粒团聚体，该结构使金属原子利用更充分。

研究人员称，B-STING无需光照或超声等外部触发，即使在黑暗环境中也能工作。与此同时，材料中的铜中心可在催化循环中持续生成活性氧物种，不需要永久性化学重组；在具备氧气和水的条件下，材料无需再生即可维持功能。

在与卢布林医科大学的合作研究中，涂覆该纳米复合材料的样品被用于更广泛的杀菌效果评估。研究结果显示，该涂层可杀灭多种致病细菌、真菌以及病毒。研究人员还报告称，对人体成纤维细胞的测试显示其安全性。

研究团队进一步表示，该材料并非直接“识别”细菌，而是对微生物导致的环境变化作出响应，例如pH下降、硫化物（硫醇）存在或局部氧气供应波动，并据此调整所生成活性氧物种的组成。研究人员强调，消毒剂的产生并非持续不变；当附近无微生物时，其生成谱会发生变化。由于已提交专利申请，相关机制细节暂未披露。

研究人员称，若后续研究未发现将该材料引入体内的负面影响，未来其甚至可能作为药物成分之一。不过，含B-STING材料的药物疗法仍需多年研究。现阶段，研究团队认为该材料更可用于制备杀菌涂层，具备安全、耐用（机械性能类似玻璃）与抗污等特点；污垢颗粒通常大于介孔尺寸，不会阻碍空气进入催化中心，使涂层可长期保持“随时可用”的状态。

据介绍，这类涂层可应用于多种基材，尤其是聚合物、金属和玻璃，并适用于形状复杂的物体。研究人员同时提到，材料即使以很薄的涂层形式也能发挥作用，涂覆玻璃后透明度无明显变化；此外，所用金属为铜，其价格低于银或金，且生产所需化合物成本适中，显示出一定的经济可行性。