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2025年 第46卷 第12期    刊出日期：2025-12-10

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高等学校化学学报2025年第46卷第12期封面和目次

2025, 46(12):  1-6. 

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研究论文: 无机化学

一种新型蒽基二维共价有机框架纳米片用于单线态氧的快速捕获和可控释放

安静, 苗波, 赵桐依, 宋佳隆, 张文娱, 袁碧贞, 刘耀祖, 钟恬, 方千荣

2025, 46(12):  20250117.  doi:10.7503/cjcu20250117

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单线态氧(¹O₂)是一种高度活泼的物质, 具有强氧化性, 在光动力治疗、 有机合成和材料科学等领域具有重要应用价值. 然而, ¹O₂的短寿命和高反应性使其实际应用面临挑战. 为克服这些挑战, 开发可用于¹O₂的高效捕获与可控释放的材料已引起了广泛关注. 共价有机框架(COFs)具有独特的晶体结构、 高孔隙度和优异的稳定性, 是理想的¹O₂存储和传输材料. 本文设计并合成了以蒽为核心单元的二维COF(2D An COF), 并进一步通过剥离得到纳米片(2D An COF-nanosheet), 以提高其性能. 荧光光谱分析表明, 与块体2D An COF相比, 2D An COF-nanosheet表现出更高的¹O₂捕获速率, 这归因于其更多暴露的活性位点. 2D An COF及其剥离后的纳米片在外部热或光刺激下, ¹O₂释放过程表现出优异的可逆性, 且经过多次循环后性能无显著衰退. 研究结果突显了二维COF材料, 特别是纳米片形态的二维COF材料, 在¹O₂存储和释放中的高效和稳定性. 本研究为设计基于二维共价有机框架的¹O₂存储与释放材料提供了新的思路, 并为其在光动力治疗法和光催化等领域的应用奠定了理论基础.



CuCl₂修饰WO₃对超低浓度H₂S的高灵敏度检测

王斌, 胡梦洁, 李佩林, 王文静, 杨赢, 朱连杰

2025, 46(12):  20250267.  doi:10.7503/cjcu20250267

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采用溶剂热法合成了由纳米线构成的蜂窝状WO₃, 再分别与1%（与WO₃的摩尔比）的CuO或CuCl₂混合并研磨处理后, 得到CuO-WO₃和Cu²⁺-WO₃复合材料. 对WO₃， CuO-WO₃和Cu²⁺-WO₃样品的形貌、 组成、 价态及能带结构等进行了表征, 研究了其对H₂S气体的传感性能. 结果表明， 纯WO₃对H₂S气体的响应值较低, 仅为2.8, 而两种复合材料对H₂S检测的灵敏度均显著提高, 其中Cu²⁺-WO₃传感器的响应值最高（67.6）, 是纯WO₃传感器的24.1倍, 且该传感器可实现对超低浓度H₂S气体（20 μg/kg）的有效检测, 表明其对H₂S气体检测具有高灵敏度, 这可能是由于铜离子掺杂大幅提高了WO₃表面的电荷转移效率及分离程度、 较低的带隙能导致更多电子参与气体传感反应及Cu²⁺与H₂S之间发生氧化还原反应, 从而大幅提高了对H₂S的传感性能.



分析化学

基于多面体低聚倍半硅氧烷的有机-无机杂化纳米复合材料用于锌离子荧光传感器

姜维娜, 姜海建, 周惠, 成伟唯

2025, 46(12):  20250237.  doi:10.7503/cjcu20250237

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以水杨醛和多面体笼状倍半硅氧烷（POSS）为原料， 设计合成了一种新型的有机-无机杂化的荧光传感器. 通过水杨醛与POSS-NH₂反应， 得到了具有水杨醛-席夫碱结构的POSS-Sa， 并对其结构进行了红外光谱、 紫外光谱及核磁共振波谱表征. 实验结果表明， 在锌离子（Zn²⁺）存在时， POSS-Sa的荧光效率显著提高. 随着锌离子浓度的增大， POSS-Sa的荧光强度逐渐增强， 且在一定的浓度范围内， POSS-Sa的荧光强度与锌离子浓度呈线性关系， 工作曲线为y=10.31x+455.38（R²=0.997）， 线性范围为0.5~50×10^-7 mol/L， 检出限为1×10^-8 mol/L. 该传感器对Zn²⁺具有高选择性和灵敏度， 应用于食品样品检测的回收率较高， 并且具有良好的生物相容性， 有望用于食品样品和体外细胞中Zn²⁺的检测.



基于构象自适荧光团构建的比率型荧光探针及脂滴原位可视化研究

周意超, 田贺, 韩海浩, 王辰瀚, 胡习乐, 贺晓鹏

2025, 46(12):  20250204.  doi:10.7503/cjcu20250204

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通过具有双荧光发射特性、 亲脂的“构象自适”荧光基团N，N'-二苯基-二氢二苯并[a，c]吩嗪（DPAC）与线粒体靶向基团三苯基膦（TPP）之间的偶联， 构建了可对脂滴（LD）和线粒体双重标记的比率型荧光探针 TPP⁃DPAC. 通过将探针与油酸（OA）诱导胞内LD生成的HepG2细胞共孵育， 证实了探针能同时对LD和线粒体进行标记， 荧光成像共定位系数（R_r）分别为0.96和0.95. 进一步实验表明， 由于探针对所处的细胞微环境构象自适应， 可动态发生红/蓝荧光信号变化， 从而实现细胞中LD形成与融合等动态事件的原位示踪. 该比率型荧光探针为监测细胞内LD代谢过程及其与线粒体的相互作用提供了可视化工具， 也为探究LD与其它亚细胞器的相互作用提供了新策略.



有机化学

除草剂烯草酮关键中间体的连续化合成工艺

任世伦, 黄城, 陈见爱, 李蜜蜜, 马景瑞, 袁其亮, 谭成侠

2025, 46(12):  20250187.  doi:10.7503/cjcu20250187

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烯草酮具有高效、 低毒、 杀草谱广、 施用期长以及对后茬作物安全等特点， 已成为环己烯酮类除草剂的代表性品种. 5-[2-(乙硫基)-丙基]-2-丙酰基-3-羟基-2-环己烯-1-酮(简称精三酮)作为烯草酮的关键中间体， 其传统间歇式合成工艺存在反应效率低、 能耗较大等问题. 本文基于微通道连续流技术， 开发了关键步骤的连续化合成工艺. 通过优化环合与水解步骤， 将反应时间从90 min缩短至4.8 min， 产物收率达65.2%， 纯度为95.2%. 该工艺显著提升了反应效率和产物质量， 为烯草酮的工业化生产提供了新方法.



糠酸莫米松的溶剂合物和多晶型研究

王怡璇, 刘奇, 周蕾, 蔡保理, 王学重, 何运良

2025, 46(12):  20250186.  doi:10.7503/cjcu20250186

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糠酸莫米松(MF)是一种强效的合成皮质类固醇, 广泛应用于哮喘、 皮肤炎症及瘙痒性疾病的治疗. 本文发现了MF的6种溶剂合物(乙腈、 甲醇、 丙酮、 二氯甲烷、 乙酸乙酯和四氢呋喃溶剂合物), 并利用X射线单晶衍射解析了乙腈溶剂合物和二氯甲烷溶剂合物的晶体结构. 分析结果表明, 乙腈溶剂合物与已知的晶型1同属于P2₁2₁2₁空间群, 但其PXRD谱图存在显著差异, 二氯甲烷溶剂合物则属于一个不同于无水晶型1和水合物的新空间群. MF分子形状不规则, 存在2个较大且可旋转的基团, 在晶体堆积过程中可以形成尺寸可调的较大空腔结构, 使其能够容纳不同尺寸的溶剂分子, 从而形成多种溶剂合物. 通过PXRD研究了溶剂合物在不同环境下的稳定性及其晶型转变, 发现二氯甲烷、 乙腈和乙酸乙酯溶剂合物在室温下不稳定, 会自发脱溶剂并转变为一种新的亚稳晶型, 而四氢呋喃、 丙酮和甲醇溶剂合物在室温下相对稳定. 这些溶剂合物和新的亚稳晶型在加热后均转化成晶型1.



物理化学

多孔纳米带交织结构Ir₁Ru₃/TiO _x N _y 薄膜电极的构筑及酸性析氧反应性能提升机制

王俊杰, 王姝颖, 杜星, 赵雷, 李薇馨, 何漩, 陈辉, 王大珩, 方伟

2025, 46(12):  20250265.  doi:10.7503/cjcu20250265

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采用减压抽滤结合离子交换-热氮化处理-浸渍还原法制备了无黏结剂的多孔纳米带交织结构Ir₁Ru₃/TiO _x N _y 薄膜电极， 研究了交织结构薄膜的微观结构、 不同贵金属负载量等对其酸性析氧反应催化活性和稳定性的影响规律， 探究了无黏结剂时的电子传输和界面处的电荷转移动力学行为， 揭示了其析氧性能提升机制. 电化学测试结果显示， 在电流密度为50， 100和500 mA/cm²时， 贵金属负载量为10.5%（质量分数）的Ir₁Ru₃/TiO _x N _y 薄膜电极过电位分别为199， 233和368 mV， 且在20 mA/cm²电流密度下运行200 h的电压衰减率为0.265 mV/h， 明显优于相同贵金属负载量下使用黏结剂的Ir₁Ru₃/TiO _x N _y 薄膜电极（278 mV@50 mA/cm²， 312 mV@100 mA/cm²， 466 mV@500 mA/cm²， 100 h衰减率1.7 mV/h）. 研究结果为设计大电流密度下使用的高性能酸性析氧反应电极提供了新的思路.



改性碳纳米管-钛电极的制备及电催化氧化应用

郭新, 刘淼

2025, 46(12):  20250252.  doi:10.7503/cjcu20250252

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为了提高二氧化铅(PbO₂)电极的电催化氧化能力, 以预处理钛板(Ti)为基体, 通过构建全氟磺酸-碳纳米管(Nafion-CNTs)中间修饰层, 采用电沉积技术制备了镧掺杂二氧化铅改性电极(Ti/Nafion-CNTs/La-PbO₂), 并评估了其对典型有机污染物甲基橙(MO)和苯酚(PhOH)的电催化降解性能. 结果表明, 该电极具备优良的物理化学特性. 红外光谱分析结果证实, 经酸洗活化的碳纳米管(CNTs)表面引入了羟基与羧基等亲水性官能团, 有效提升了其表面活性和与基体的结合能力. 扫描电子显微镜(SEM)观察显示, 电极表面的La-PbO₂催化层由尺寸约5 μm的不规则颗粒状晶体紧密堆积而成, 形成了粗糙且高比表面积的微观结构. X射线衍射(XRD)谱图进一步表明, 镧元素已掺杂进入PbO₂的晶格中, 引起了明显的晶格畸变, 这有助于产生更多的催化活性位点. 电化学性能测试结果表明, 该改性电极展现出优异的电催化活性. 与未改性电极相比, Ti/Nafion-CNTs/La-PbO₂电极具有更低的电阻率和更高的羟基自由基(^•OH)产率, 强化了其降解能力. 在降解MO的实验中, 该电极表现出极高的效率, 反应20 min即实现70.52%的去除率, 反应60 min后降解趋于完全. 以PhOH为目标污染物, 进一步考察了操作条件对降解效率的影响. 结果表明, PhOH的去除率与施加电流密度呈正相关. 同时, 在电极间距为10 mm、 溶液pH值为6的弱酸性条件下, 电极可获得最优且稳定的PhOH去除效果.



肖特基型Zn_0.11Co_0.42Ni_0.47Se/ZnIn₂S₄化合物光解水析氢性能

袁华启, 闫爱华, 王恒, 黄飞, 高埜, 苏自高, 惠博磊, 李楠

2025, 46(12):  20250242.  doi:10.7503/cjcu20250242

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采用水热/水浴两步法构筑了肖特基型Zn_0.11Co_0.42Ni_0.47Se/ZnIn₂S₄（ZCNSe/ZIS）化合物， 研究了其物相组成、 形貌结构、 界面结构、 能带排列和光热效应等对析氢性能的影响规律， 探讨了其析氢机理. 结果表明， 负载ZCNSe后， 样品表现出良好的光热效应， 有效提高了可见光及近红外光的吸收能力， 肖特基势垒促进了光生电荷的有效分离， 抑制了光生电子-空穴对复合， 光解水析氢性能得到有效提高， 最佳样品ZCNSe-4/ZIS的析氢速率达到6.89 mmol·g^-1·h^-1， 约为纯相ZIS（1.98 mmol·g^-1·h^-1）的3.48倍； 能带结构、 光电子动力学及光热吸收表征结果共同证实了肖特基型ZCNSe/ZIS化合物的光生载流子动力学机制.



磁控溅射制备MoON薄膜电极及其电化学储能性质

万志鑫, 余威, 张敏轩, 徐格, 冒爱琴

2025, 46(12):  20250220.  doi:10.7503/cjcu20250220

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采用磁控溅射法制备了具有梯度氧含量的MoON薄膜材料， 研究了制备过程中N₂/O₂分压对MoON薄膜微观结构、 晶型、 化学键合、 导电性以及电化学储能性质的影响. 结果表明， 在优化氧含量下， 当Ar/N₂/O₂的流量(sccm)比为240∶50∶10时， MoON薄膜电极材料展现出最优的电化学储能性质， 在1 mol/L Na₂SO₄溶液中， 其面积比电容从纯MoN薄膜电极的134 mF/cm²提升至211 mF/cm²， 增加了57.5%， 而且具有优异的循环稳定性， 在充放电10000次之后电容量没有衰减.



氢氟酸体系锰杂质络合机制: 基于DFT的配位结构与反应路径解析

田阳, 郭其景, 杨华春, 刘海霞, 薛峰峰, 易浩, 宋少先

2025, 46(12):  20250189.  doi:10.7503/cjcu20250189

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针对电子级氢氟酸中痕量杂质反应机理不明晰的问题, 以氟锰酸盐类金属络合物为研究对象, 通过 密度泛函理论(DFT)计算, 研究了氢氟酸体系中痕量杂质Mn与其它金属杂质离子(以Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺为典 型的一、 二、 三价杂质离子)的反应路径, 结合静电荷分布、 差分电荷密度及结合能计算等手段, 揭示了反应产物(AlMnF₈, CaMnF₆, NaMnF₆)的稳定性及其与氢氟酸(HF)分离的潜力. 结果表明, Al³⁺与Mn反应生成的AlMnF₈具有最低的体系总能量(-30.878 eV), 结构最稳定; 对结合能的分析进一步证实, AlMnF₈与HF的结合能绝对 值(0.488 eV)低于NaMnF₆(0.758 eV)和CaMnF₆(0.798 eV), 表明其在HF溶液中更易通过物理分离方式脱除. 为电子级氢氟酸中痕量锰络合物的高效去除提供了理论依据.



一维铀酰羧酸膦酸配位聚合物对水溶液中Fe³⁺的高灵敏选择性检测

温哥华, 薛静漪

2025, 46(12):  20250165.  doi:10.7503/cjcu20250165

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利用邻羧基苯亚甲基膦酸(2-pmbH₃)配体与铀酰离子构筑了一维铀酰羧酸膦酸配位聚合物(UO₂）· （2-pmbH₂)₂(1). 其中， 膦酸基团通过2个氧原子桥联铀酰离子形成一维链, 链骨架两侧有序分布着质子化的羧酸基团和膦酸氧原子, 链与链之间通过氢键相互作用形成超分子网络. 此外, 化合物1展现出较高的水稳定性(在pH=1~12范围内保持稳定)和良好的发光性能(量子产率QY=14.1%). 通过荧光法分析化合物1在不同金属离子水溶液中发光强度的变化发现, 仅Fe³⁺可使化合物1的最强特征发射峰(λ_em=524 nm)发生>95%的猝灭, 表现出显著的选择性. 建立了Fe³⁺浓度与化合物1荧光强度的定量关系, 表明该传感材料在低浓度(0~0.04 mmol/L)范围内呈现良好的线性响应(R²=0.99)及低的检出限(3.67×10^-7 mol/L). 基于此, 化合物1凭借其独特的分子结构、 良好的发光特性和较高的水环境稳定性, 以及对水溶液中Fe³⁺离子表现出的高选择性和灵敏的猝灭响应特征, 在金属阳离子传感检测方面显示出优异的性能.



高分子化学

准二维受限体系中高分子链的动力学研究

谢冲墨, 卢宇源, 安立佳, 王振华, 王健, 李明伦

2025, 46(12):  20250247.  doi:10.7503/cjcu20250247

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拓扑约束对高分子链动力学行为的影响是凝聚态物理与软物质科学领域的核心科学问题之一. 本文通过构建具有规则/无规拓扑结构及刚性/柔性拓扑约束的准二维受限模型， 结合分子动力学模拟方法， 探究了拓扑约束的静态几何特征(间距、 有序性)与动态涨落(柔性链阵列)对高分子链平衡态构象及非平衡态动力学行为的调控规律. 研究结果表明： 在规则刚性点阵约束下， 测试链的扩散系数(D)与松弛时间(τ_R)和链长(N)之间满足经典标度关系D∼N^-1.5和τ_R∼N³， 其静态尺寸与点阵间距无关， 与理论预测高度吻合； 在小间距条件下， 无规刚性点阵中的高分子链动力学行为与规则点阵体系几乎等效， 表明平衡态拓扑涨落未显著改变有效约束管径的均匀性， 这一发现修正了Muthukumar随机介质模型的预期； 柔性链阵列的动态涨落(如构象重排)可引发“动态约束增强效应”， 测试链的短时内部运动与长时整体扩散发生解耦， 其整链松弛时间较刚性约束体系提升约3倍， 其本质源于拓扑摩擦的额外贡献； 在恒速拉伸过程中， 测试链受力呈现显著“过冲”现象， 且整链摩擦系数随拉伸速率非线性增加， 直接证实了拓扑摩擦对高分子链非线性力学响应的核心作用. 本文研究结果为深入理解复杂受限体系的动力学规律及指导高分子材料动态性能优化提供了理论依据.



分批投料模式下非等活性抗体-抗原体系凝胶化区域的动态Monte Carlo模拟

张子茹, 李江涛, 顾芳, 王海军

2025, 46(12):  20250231.  doi:10.7503/cjcu20250231

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通过动态Monte Carlo模拟方法对兼具多批次反应和非等活性的抗体-抗原体系的凝胶化区域进行了研究. 模拟不同投料次数和非等活性条件下的{[\mathrm{A}\mathrm{g}]}_{\mathrm{3}}-{[\mathrm{A}\mathrm{b}]}_{\mathrm{2}}体系, 给出了临界反应程度与基团(抗原表位和抗体对位)摩尔比之间的变化关系. 在此基础上, 进一步计算了不同条件下相邻批次间的临界反应程度增量, 从而明确了抗体-抗原体系的等价区为1~1.5. 研究结果表明, 当体系中大尺寸抗体-抗原复合物的生长占据主导地位时, 等价区内各批次间的临界反应程度增量基本一致, 因此相应各批次的凝集反应均可用于免疫应答的定量化分析. 如果体系中以小尺寸复合物的生长为主, 则各批次的凝集反应仅可进行定性或半定量的免疫测试. 本文旨在揭示相关因素对体系凝胶化进程的调控机制, 为精准研究抗体和抗原分子的生物活性、 免疫性的定量评价及药物靶向治疗提供可借鉴的理论线索.



氯化反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶的结构调控

邢宇航, 王莉, 赵季若, 邵华锋, 贺爱华

2025, 46(12):  20250184.  doi:10.7503/cjcu20250184

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反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶(TBIR)中可参与氯化反应的结构复杂, 其氯化产物氯化反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶(CTBIR)的橡胶弹性和极性主要取决于分子链中的双键和烯丙基氯两种结构. 本文通过控制氯化反应时间、 温度、 氯气的通入方式以及自由基捕捉剂和紫外光辐照等氯化反应条件, 实现了对CTBIR中双键和烯丙基氯结构的调控. 实验结果表明， 高的起始反应温度可以保留TBIR中的双键含量, 但氯含量降低； 循环通入氯气的方式有利于在获得高氯含量的同时保持较高的双键含量； 氯化反应中加入2,2,6,6-四甲基-1-氧基哌啶(TEMPO)有利于保持CTBIR中的双键含量. CTBIR中烯丙基氯结构的含量可以通过反应温度和时间以及TEMPO的加入量来进行调控. 对氯化反应产物结构的调控可以为橡胶的氯化反应及氯化产物的调控提供依据, 并为CTBIR后续的结构修饰提供可选择的反应位点.



化学生物学

肠道共生菌Akkermansia muciniphila编码的重组蛋白Amuc_0119的表达与纯化

任志豪, 左腾, 张伟云, 于大海, 房学迅

2025, 46(12):  20250283.  doi:10.7503/cjcu20250283

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粘蛋白降解肠道共生菌Akkermansia muciniphila因具有促进健康的效用而备受关注, 其蛋白组分在宿主-微生物互作中发挥着重要作用. 其中, Amuc_0119是一类尚未表征的假定蛋白, 具有潜在生物学功能. 本文旨在构建Amuc_0119的重组表达系统, 以促进其结构和功能研究. 将Amuc_0119编码序列克隆至N端和C端均带有6×His标签的pET-28a(+)载体中, 并转化至大肠杆菌BL21(DE3). 在37 ℃下以0.5 mmol/L IPTG过夜诱导表达, 经SDS-PAGE分析获得了46 kDa重组蛋白, 并通过Ni-NTA亲和层析纯化, 其纯度达92.08%. Western blot结果确认为目标蛋白, 通过BCA定量测得最终浓度为818.44 μg/mL. 本文建立了Akkermansia muciniphila来源Amuc_0119的高效表达与纯化体系, 为后续结构及功能研究提供了必要工具.



Ce-Cur纳米酶对巨噬细胞极化的调控

许海燕, 刘琦, 孟和, 刘风琦, 刘雨昕, 李嘉伟, 李常艳

2025, 46(12):  20250188.  doi:10.7503/cjcu20250188

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以氯化铈(CeCl₃)和姜黄素(Cur)为原料, 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂, 设计合成了无机-有机复合型Ce-Cur纳米酶. 采用X射线粉末衍射(XRD)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 Zeta电位及粒度分析等手段对其微观结构和表面性质进行了表征. 通过ABTS和DPPH自由基清除实验评价了该纳米酶的体外抗氧化活性, 并利用DCFH-DA荧光探针法检测了其对巨噬细胞内活性氧物种(ROS)的清除能力. 结果表明, Ce-Cur纳米酶具有良好的抗氧化能力, 可显著降低细胞内ROS水平(荧光强度MFI下降53%). CCK8 法与死活荧光染色实验显示, 该纳米酶具有良好的细胞相容性. 实时荧光定量PCR (RT-qPCR)、 免疫荧光及ELISA分析数据显示, Ce-Cur纳米酶能够有效抑制由LPS+IFN-γ诱导的炎症反应, 下调M1型炎症因子TNF-α, IL-1β和IL-6的mRNA表达与蛋白分泌(M1抑制率分别为57%, 67%和82%), 同时促进M2型抗炎因子IL-10的表达(M2提升率达351%). 上述结果表明, 姜黄素与无定形氧化铈组分之间存在协同抗氧化与抗炎效应, 可显著调控巨噬细胞由M1向M2表型极化. 本研究为Ce-Cur纳米酶在免疫调节及相关炎症疾病治疗领域的应用提供了实验依据与潜在策略.