基于二维纳米片的低功率近红外光热转换协同抑菌研究

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由于抗生素的滥用导致多重耐药菌肆虐,开发出治疗细菌感染的新方法迫在眉睫。光热疗法/光动力疗法(Photothermal therapy/Photodynamic therapy,PTT/PDT)协同策略已显示出在对抗多重耐药菌方面的广阔前景。但是,PTT/PDT协同作用往往需要使用不同波长的两个激光源依次辐照或单个高功率激光辐照才能激活,大多使用的激光功率密度远远超过了激光安全使用标准。实际上,如何用构建安全的PTT/PDT协同策略用于治疗多重耐药菌感染仍然是一项挑战。因此,基于二维纳米片——乙酰胆碱修饰硫化铜纳米片和吲哚菁绿功能化四氧化三锰纳米片,开发了两种有效的抗菌方法,可在短时间内实现单激光低功率PTT/PDT协同抑菌。本文的主要研究内容如下:第一部分乙酰胆碱修饰硫化铜纳米片用于实现靶向肺部/皮肤细菌感染的低功率光热/光动力协同治疗为了实现低功率光热/光动力协同抑菌,合成了一种新的抗菌剂乙酰胆碱修饰硫化铜纳米片(Acetylcholine modified copper sulfide nanosheets,Ach-Cu S NSs)。乙酰胆碱用于修饰硫化铜纳米片,可以使其靶向到细菌表面,且由于Ach-Cu S NSs的二维薄片结构,易于附着在细菌表面,在激光辐照下,通过近距离高热和大量活性氧(超氧阴离子(O2-·)、单线态氧(~1O2)、羟基自由基(·OH))的产生,实现了单波长低功率的PTT/PDT协同抑菌。Ach-Cu S NSs对包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus,MRSA)在内的多种致病菌均具有显著的抗菌活性,可抑制MRSA生物膜形成,且在激光辐照下可将已形成的生物膜含量降低至38.9%。由于Ach-Cu S NSs可治愈MRSA感染导致的小鼠细菌性肺炎及皮下脓肿,使其成为抗菌的潜在药物。第二部分功能化四氧化三锰纳米片光热/光动力协同作用治疗多重耐药菌感染基于吲哚菁绿功能化的四氧化三锰六角纳米片(Indocyanine green functionalized trimanganese tetraoxide hexagonal nanosheets,Mn3O4HNSs@ICG),开发了一种可在短时间内实现低功率PTT/PDT协同抑菌的平台。借助四氧化三锰纳米片的优势,该平台在功率密度低至0.33 W/cm~2的单个808 nm激光辐照下可有效地将近红外光转换为高温(光热转换效率为67.5%),同时催化产生三种活性氧(~1O2,O2-·和·OH)。表面粗糙的片状结构使这种纳米材料易于粘附在细菌的表面,并在近红外激光辐照下可破坏细菌膜系统。通过结合理化的抗菌机理,该平台对MRSA感染导致的皮下脓肿显示出优异的治疗效果。重要的是,体内外毒性评估都证明了这种纳米平台的生物安全性,且在激光长期辐照下不会损伤皮肤。综上所述,低功率单个808 nm激光可激活的光敏化四氧化三锰纳米片,为实现PTT/PDT协同抑菌和伤口治疗提供了一个多功能,有效且安全的平台,有望在临床抗感染治疗中应用。
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