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摘要目的:<br>　　生物膜及其相关感染仍然是一个重大的临床问题，往往会造成危及生命的后果。生物膜是微生物细胞在自产的胞外聚合物(extracellular polymeric substances，EPS)基质中聚集形成的。这种基质一旦建立，就为微生物病原体提供了一个保护性的环境，给常规的抗生素治疗等手段带来了巨大的挑战。对于复杂生物膜感染的情况，临床上不得不使用手术清除等有创手段，造成组织创伤的同时也给患者带来沉重的经济负担。<br>　　近年来，纳米材料凭借其独特的理化性质在清除生物膜基质和杀灭细菌等方面得到广泛的关注。其中，纳米压电催化是一种新型的抗菌手段，纳米压电材料可以在机械力刺激下催化产生活性氧(reactive oxygen species，ROS)对抗细菌。但现有的纳米压电材料催化效率普遍较低，在治疗体内深组织生物膜感染的场景中需要具有更高催化效率的纳米压电材料实现催化反应。此外，纳米压电催化杀灭细菌和破坏清除生物膜的作用效果及具体机制也尚未明确。<br>　　在本研究中，我们使用钛酸钡纳米颗粒(BaTi03NPs，BTO NPs)作为压电催化剂，通过原位压电沉积的方法构建了BTO@AuNPs金属/压电异质结构，获得的异质结构通过促进压电电荷分离，增强压电催化生成ROS，在机械力驱动下实现压电催化杀菌以及清除体内外细菌生物膜。<br>　　材料与方法:<br>　　1.金属/压电纳米异质结构BTO@Au的构建与纳米压电催化机制研究<br>　　通过原位压电沉积制备BTO@Au NPs，在透射电镜(TEM)下观察BTO@Au的形貌及晶格特征，通过X射线能谱(EDS)分析BTO@Au的元素分布，对BTO@Au进行X射线衍射(XRD)获得物象分析结果。通过电化学工作站检测BTO@Au压电放电信号。以罗丹明B(RhB)作为有机污染物模型，对Au负载量、温度、振动强度、不同振动模式、催化稳定性进行分析，探讨BTO@Au压电催化活性影响机制。通过电子自旋共振(ESR)技术和自由基捕获实验对ROS物种进行鉴定，通过溶液溶解氧(d02)浓度分析氧参与ROS生成探讨金属/压电异质结构界面催化ROS的机制。<br>　　2.机械力驱动纳米压电催化作用杀灭游离细菌机制<br>　　以金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)作为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的代表，在transwell装置中进行压电催化处理，磁力搅拌作为机械力。通过OD600对细菌存活率进行评价，在扫描电镜(SEM)下观察细菌形态，通过细菌活死染色观察细菌死亡情况。收集细菌悬液，对细菌泄露蛋白含量进行测定。细菌裂解后，对细菌ATP含量进行测定。提取细菌蛋白质，对蛋白氧化程度进行测定。<br>　　3.超声驱动纳米压电催化清除细菌生物<br>　　通过原位压电沉积制备～100nm的BTO@Au NPs，利于和生物膜相互作用。以DCFH-DA作为ROS探针，评价超声驱动压电催化产生ROS的能力，改变超声功率探究对压电催化能力的影响。建立生物膜基质模型，观察超声驱动压电催化降解多糖模型、蛋白质模型和DNA模型的降解情况。以S.aureus作为生物膜内细菌模型，超声驱动纳米压电催化产生ROS杀死细菌，通过细菌SEM、TEM观察细菌形态变化。通过侵袭实验确定细菌活性变化。利用S.aureus建立体外生物膜模型，通过结晶紫染色和激光共聚焦显微镜(CLSM)观察压电催化清除生物膜的效果。建立大鼠皮下细菌感染模型，通过感染面积的测量及血清炎症因子水平变化评价体内生物膜的清除情况。通过对组织切片进行HE染色、Masson染色、Mallory染色以及革兰氏染色，评价感染清除后组织预后情况。<br>　　结果:<br>　　1.成功构建金属/压电纳米异质结构BTO@Au与纳米压电催化机制<br>　　本研究成功构建了金属/压电纳米异质结构BTO@Au，明确了Au的负载量、温度、机械力强度、振动模式对压电催化效率的影响，获得的BTO@Au还具有良好的稳定性;进一步通过自由基捕获实验和ESR测试，证明了·O2-是氧化还原过程中产生的主要ROS物种，提高溶解氧(dO2)水平可以增强催化效果。<br>　　2.机械力驱动纳米压电催化作用杀灭游离细菌<br>　　金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus，S.aureus)和大肠杆菌(Escherichia coli，E.coli)作为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的代表，磁力搅拌作为机械力驱动压电催化，发现BTO@Au处理的细菌存活率远低于BTO处理过的细菌，提高溶液中dO2水平可以大大提高细菌失活的速度。纳米压电催化通过ROS破坏细菌结构导致蛋白泄露、蛋白氧化程度升高、ATP活性降低，明确了BTO@Au压电催化杀菌机制。<br>　　3.超声驱动纳米压电催化清除细菌生物膜<br>　　进一步对BTO@Au的尺寸进行优化，成功制备～100nm的BTO@Au NPs，利用S.aureus建立体外生物膜模型，超声驱动压电催化产生的ROS能够明显破坏生物膜;建立大鼠皮下S.aureus感染模型，发现超声治疗4d后感染面积减小了88.2％，血清炎症指标也降至正常水平;通过对感染组织切片染色，观察到感染面积明显变小、胶原纤维修复增厚、纤维蛋白渗出减少。体外、体内生物膜实验表明，BTO@Au纳米压电异质结构可以通过高效的压电催化清除细菌生物膜。<br>　　结论:<br>　　1.通过原位压电沉积成功制备的金属/压电纳米异质结构BTO@Au为构建高效压电催化材料提供了新的手段。<br>　　2.机械力驱动的压电催化为杀灭水介质中的细菌提供了重要的理论实验依据。<br>　　3.利用超声驱动纳米压电催化可以实现无创、不依赖抗生素的细菌生物膜的清除，为临床生物膜相关感染性疾病提供了新的治疗手段。