变形链球菌是公认的龋齿致病菌，这是种革兰氏阳性厌氧菌。变形链球菌最重要的毒力因子之一是将蔗糖通过葡糖基转移酶的酶促作用合成葡聚糖，使细菌牢固附着在牙齿表面并形成生物膜（牙菌斑），造成膜下局部缺氧条件为细菌生长提供了有力庇护。一旦生物膜成熟，只靠简单的漱口是无法去除的；含氟牙膏刷牙也仅能去除口腔中40%-60%的牙菌斑。同时，变形链球菌可将口腔中的碳水化合物分解产酸，使得牙齿局部pH过低而导致牙齿开始腐蚀。因此，减少口腔微生物的滋生，是治疗龋齿的关键。

 

近日，在国家自然科学基金面上项目、福建省创新人才项目、福建省自然科学基金等项目资助下，中国科学院海西研究院陈卓课题组利用金属过氧化物（ZnO2-Cu）与抗菌药物孟加拉玫瑰红（Rose Bengale, RB）的结合，首次发展出一种pH响应型的纳米复合材料（ZnO2-Cu@RB）。该纳米材料在酸性生物膜微环境中产生过氧化氢和二价铜离子，发生类芬顿反应而生成高毒性的羟基自由基，从而高效且快速灭杀生物膜内变异链球菌。同时，该纳米材料在较低剂量时即能抑制变异链球菌的产酸能力及其生物膜的形成，有效遏制了龋齿的发生发展。尤其值得一提的是，该纳米材料只在酸性生物膜微环境中发挥效应，因而对正常组织毒副作用极小，具有良好的生物安全性。该工作为临床上预防和治疗龋齿提供了崭新的研究思路和方向，有望成为临床上治疗细菌生物膜相关感染的新策略。

图1 纳米复合材料（ZnO2-Cu@RB）对变形链球菌及其口腔生物膜的影响示意图

 

相关成果以“Bacterial biofilm microenvironment responsive copper-doped zinc peroxide nanocomposites for enhancing chemodynamic therapy”为题，发表于Chemical Engineering Journal 。中国科学院大学博士研究生张宇翔为本文第一作者，陈卓研究员和刘雯珍博士后为共同通讯作者。

近年来，团队在生物医用抗菌材料方面取得了一系列重要进展，包括抗菌作用机制（Dyes and Pigments 2020, 179, 108392）；基于镧系掺杂上转换纳米颗粒的近红外触发抗菌和抗真菌光动力疗法（Nanoscale 2018, 10, 15485）；以及针对多重耐药株——广泛耐药的鲍曼不动杆菌的抗菌治疗（Nanoscale 2020, 12, 13948）。

 

论文信息：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722027036