隨著抗生素耐藥性問題的日益嚴峻，開發(fā)新型高效、低耐藥性的抗菌策略成為全球生物醫(yī)學領(lǐng)域的迫切需求。四川大學程沖研究員課題組在材料科學頂級期刊《Advanced Materials》上發(fā)表的關(guān)于生物催化納米抗菌材料的研究，為這一領(lǐng)域提供了創(chuàng)新性的解決方案。該工作系統(tǒng)探討了納米材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計如何賦能生物催化過程，從而實現(xiàn)高效、智能的抗菌應(yīng)用，展現(xiàn)出廣闊的臨床轉(zhuǎn)化前景。

一、 研究背景與核心挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)抗生素通過干擾細菌的基本生命過程（如細胞壁合成、蛋白質(zhì)合成）來發(fā)揮作用，但細菌的快速進化使得耐藥菌株不斷涌現(xiàn)。納米抗菌材料，特別是具有酶模擬催化活性（即納米酶）的材料，能夠通過產(chǎn)生活性氧（ROS）等機制物理性破壞細菌結(jié)構(gòu)，不易誘發(fā)耐藥性，因此備受關(guān)注。如何精準設(shè)計納米材料的結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化其催化活性、選擇性和生物安全性，是實現(xiàn)其高效、靶向抗菌應(yīng)用的核心科學挑戰(zhàn)。

二、 結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新策略
程沖課題組的研究重點在于通過精妙的“結(jié)構(gòu)工程”來定制納米材料的生物催化性能。其設(shè)計策略主要包括以下幾個方面：

1. 組分與晶面調(diào)控：通過選擇特定的金屬（如銀、鐵、銅）或金屬氧化物，并調(diào)控其暴露的晶面，可以顯著影響材料模擬過氧化物酶、氧化酶或超氧化物歧化酶等天然酶的能力。例如，具有豐富缺陷位點或特定原子排布的納米晶面，能夠更高效地激活過氧化氫（H?O?），產(chǎn)生大量羥基自由基（·OH），實現(xiàn)對細菌膜和內(nèi)部生物大分子的強力氧化損傷。

1. 尺寸與形貌構(gòu)筑：納米材料的尺寸和形貌直接影響其與細菌的相互作用及催化效率。課題組設(shè)計了諸如納米片、納米線、中空納米球等多維結(jié)構(gòu)。較大的比表面積增加了反應(yīng)位點，而特殊的形貌（如尖銳邊緣）可能具備物理穿刺細菌膜的能力，與催化化學殺傷產(chǎn)生協(xié)同抗菌效應(yīng)。

1. 表面功能化與雜原子摻雜：在納米材料表面修飾特定的有機分子、聚合物或生物分子（如多肽、多糖），不僅可以改善其分散性和生物相容性，還能賦予其靶向識別細菌（如通過靜電吸附帶負電的菌膜）或響應(yīng)特定微環(huán)境（如感染部位的弱酸性、高H?O?濃度）的能力。非金屬元素（如氮、硫）的摻雜能夠有效調(diào)節(jié)納米材料表面的電子分布，進一步提升其催化活性。

1. 多級復合結(jié)構(gòu)構(gòu)建：將具有催化功能的納米單元與其它功能材料（如光熱材料、聲敏劑、藥物載體）復合，構(gòu)建多功能集成平臺。例如，設(shè)計一種兼具高效催化產(chǎn)生活性氧和近紅外光熱效應(yīng)的納米復合材料，能夠在催化殺菌的通過局部升溫（光熱療法）進一步破壞細菌，并促進細菌生物膜的解離，實現(xiàn)“催化-光熱”協(xié)同抗菌，效果遠超單一模式。

三、 在抗菌應(yīng)用中的卓越表現(xiàn)
基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計，該類生物催化納米材料在多個應(yīng)用場景中展現(xiàn)出巨大潛力：

• 對抗浮游細菌：在體外實驗中，優(yōu)化設(shè)計的納米催化材料能夠在低濃度下快速殺滅多種革蘭氏陽性菌（如金黃色葡萄球菌）和革蘭氏陰性菌（如大腸桿菌）。
• 根除細菌生物膜：生物膜是慢性感染和醫(yī)療器械相關(guān)感染難治的關(guān)鍵原因。該類材料能滲透進入生物膜，持續(xù)產(chǎn)生ROS，破壞胞外聚合物基質(zhì)并殺滅內(nèi)部的休眠菌，有效根除已形成的生物膜并防止其再生。
• 促進感染傷口愈合：在動物皮膚感染模型中，負載或由該納米材料構(gòu)成的敷料，不僅能快速清除傷口部位的細菌，其催化過程產(chǎn)生的微環(huán)境變化（如調(diào)節(jié)ROS水平）還能調(diào)控免疫反應(yīng)，促進血管生成和肉芽組織形成，從而加速感染傷口的愈合。
• 抗耐藥菌感染：由于作用機制是物理化學性的廣譜攻擊，這類材料對多種臨床耐藥菌株（如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌MRSA）同樣表現(xiàn)出高效殺傷力，為解決抗生素耐藥難題提供了新途徑。

四、 與展望
四川大學程沖研究員課題組在《Advanced Materials》上的工作系統(tǒng)闡述了“結(jié)構(gòu)決定功能”這一核心理念在生物催化納米抗菌材料領(lǐng)域的深刻體現(xiàn)。通過原子/分子尺度的精細結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠定向優(yōu)化納米材料的催化性能與生物界面相互作用，最終實現(xiàn)高效、智能的抗菌療效。

該領(lǐng)域的研究將更加注重材料的生物安全性長期評估、體內(nèi)代謝途徑的明晰，以及針對特定感染部位的精準靶向遞送和可控激活。隨著跨學科合作的深入，智能響應(yīng)型、個性化定制的生物催化納米抗菌平臺有望成為應(yīng)對全球公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)——細菌耐藥性的有力武器，推動納米技術(shù)在生物醫(yī)學領(lǐng)域的實際應(yīng)用邁向新的臺階。