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超声响应的MnCeFe层状三金属氢氧化物用于耐药菌感染治疗的研究OA

Ultrasound-responsive MnCeFe-layered trimetal hydroxide for the treatment of drug-resistant bacterial infections

中文摘要英文摘要

多重耐药菌(multi-drug resistance,MDR)感染因生物膜致密、病区微环境复杂等问题,临床针对性治疗面临极大挑战.超声响应的纳米材料由于具有无侵入性损伤、精准定位感染区域、可调控生成活性氧自由基(ROS)破坏细菌结构等优势,在耐药菌治疗领域展现出较好的临床发展潜力.本文开发了一种超声响应的MnCeFe层状三金属氢氧化物(MnCeFe LDH)纳米平台,可实现耐药菌感染的有效治疗.通过优化的共沉淀法合成得到尺寸均匀、分散稳定的MnCeFe LDH,其在超声作用下可显著增强ROS的生成,同时消耗谷胱甘肽(GSH);与无超声作用下相比,羟基自由基(·OH)、单线态氧(¹O2)及超氧阴离子(·O2)的生成量分别可提升4.10、1.75和2.14倍.能带结构分析表明,ROS的足量累积来源于Ce-Mn-Fe三金属不同价态间的高效氧化还原催化过程,以及超声诱导极化效应促进电子空穴的分离与电子的传输.体外实验表明,该材料在超声响应下对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐药大肠杆菌的抑制增殖效率分别达93.7%和97.3%,生物膜降解率为74.0%和82.9%,基本可实现对耐药菌的根治清除.该研究为耐药菌感染提供了一种新型高效的纳米催化治疗策略.

Multi-drug resistant(MDR)bacterial infections pose significant clinical challenges due to dense biofilm formation and the complex pathological microenvironment in infected areas.Ultrasound-responsive nanomaterials have shown promising potential in treating drug-resistant infections owing to their non-invasive nature,precise tar-geting of infected areas,and controllable generation of reactive oxygen species(ROS)to disrupt bacterial structures.In this study,we developed an ultrasound-responsive MnCeFe-layered trimetal hydroxide(MnCeFe LDH)nanoplat-form for effective treatment of drug-resistant bacterial infections.The MnCeFe LDH,synthesized via an optimized co-precipitation method,exhibited uniform size and stable dispersion.Under ultrasound irradiation,the material sig-nificantly enhanced ROS generation and glutathione depletion,with hydroxyl radicals(•OH),singlet oxygen(¹O₂),and superoxide anions(•O₂⁻)production increasing by 4.10-fold,1.75-fold,and 2.14-fold,respectively,com-pared to non-ultrasound conditions.Band structure analysis revealed that the abundant ROS generation originated from efficient redox catalytic processes among the variable valence states of Ce-Mn-Fe trimetal and that ultrasound-induced polarization effects promoted electron-hole separation and electron transfer.Vitro experiments demonstrated that the material achieved inhibition efficiencies of 93.7%and 97.3%against methicillin-resistant Staphylococcus au-reus(MRSA)and Escherichia coli ER2738 under ultrasound activation,along with biofilm degradation rates of 74.0%and 82.9%,respectively,indicating near-complete eradication of drug-resistant bacteria.This study pro-vides a novel and efficient nano-catalytic strategy for combating MDR bacterial infections.

安星星;王晏玫昱;黄晓婷;陈博

苏州科技大学 材料科学与工程学院,江苏 苏州 215009||江苏省生化传感与芯片技术工程中心,江苏 苏州 215009苏州科技大学 材料科学与工程学院,江苏 苏州 215009||江苏省生化传感与芯片技术工程中心,江苏 苏州 215009苏州科技大学 材料科学与工程学院,江苏 苏州 215009||江苏省生化传感与芯片技术工程中心,江苏 苏州 215009苏州科技大学 材料科学与工程学院,江苏 苏州 215009||江苏省生化传感与芯片技术工程中心,江苏 苏州 215009

化学化工

层状三金属氢氧化物声动力治疗多重耐药菌活性氧生物膜降解

layered trimetal hydroxidesonodynamic therapymulti-drug resistant bacteriareactive oxygen spe-ciesbiofilm degradation

《苏州科技大学学报(自然科学版)》 2026 (1)

31-41,11

国家自然科学基金项目(22108187)江苏省自然科学基金优秀青年基金项目(BK20230073)

10.12084/j.issn.2096-3289.2026.01.005

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