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近日，吉林大学口腔医学院李春艳教授、吉林大学电子科学与工程学院董彪教授联合团队，设计了一种通过红外光触发的CuS/MnS@MnO2纳米复合材料，可以实现高效的PTT/CDT/O2的协同作用来对抗牙周病相关的细菌生物膜（如图1所示）。以往，为了达到多功能整合的目的，通常需要将多种功能材料进行复合，这势必会增加其复杂性和不稳定性。本工作通过合成了六方形CuS/MnS纳米孪晶，实现了在单一的晶体中形成不同的结构域从而执行不同的功能，达到了多功能整合的目的。该研究成果发表于国际期刊《Advanced Healthcare Materials》。吉林大学口腔医院研究生陈秋翰为论文的之一作者。
图1. CuS/MnS@MnO2纳米复合材料的治疗机理。
牙周病是一种最常见的口腔慢性疾病，它由牙齿表面附着的菌斑引起，受宿主自身调节，最终导致口腔结缔组织破坏，骨组织吸收，严重时可导致牙齿脱落。由于菌斑是牙周病发生发展的始动因素，因此牙周病防护的首要目标是抑制在牙体表面聚集滞留的牙周病相关细菌生物膜。在临床上，虽然会通过机械清创和口服抗生素来对抗牙周炎症，但由于特殊的生理结构如深的牙周袋或是不平整的根面结构，使得机械清创的效果达不到预期。同时，由于抗生素的滥用，细菌耐药性的增强使牙周病的治疗更加困难。因此，通过纳米药物及新兴的抗菌策略的结合，以弥补传统治疗手段的缺陷是解决问题的一个行之有效的 *** 。
与以往多功能复合材料复杂且难以调控的制备过程截然不同的是，这种材料的制备非常简单，通过一部水热法合成内布的六方形CuS/MnS纳米孪晶，并通过氧化还原方式将MnO2进一步沉积于纳米孪晶外围，形成CuS/MnS@MnO2纳米复合物（如图2所示）。该工作创新的利用具有相似晶格结构的两种金属硫化物构成纳米孪晶，在单一纳米晶体内形成不同的功能区域，减少了多种复合材料相结合所导致的复杂性和不稳定性。
图2. CuS/MnS@MnO2纳米复合材料的合成与表征。
CuS/MnS@MnO2是一种将多功能集于一身的纳米材料，表现出优异的光热转换能力、产生羟基自由基能力及产生氧气的能力。本工作验证了纳米孪晶在发挥功能时显著强于两种金属硫化物的简单混合，这意味着所合成的纳米孪晶中各组分的功能互不干扰，并表现出良好的促进及协同作用（如图3所示）。
图3. CuS/MnS@MnO2纳米复合材料的各项性能测试。
CuS/MnS@MnO2的多模式抗菌策略可以在牙周病相关致病菌牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis, P. gingivalis）、具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum, F. nucleatum）以及口腔非致病菌戈登链球菌（Streptococcus gordonii, S. gordonii）所形成的多菌种生物膜上得到很好的体现（如图4所示）。该工作利用戈登链球菌在生长发育以及抵抗致病菌侵袭时所分泌的内源性H2O2作为反应原料，生成高毒性的羟基自由基进行杀菌，巧妙的解决了以往需要添加外源性H2O2的难题。利用光热效应和羟基自由基的协同作用破坏细菌生物膜，杀死致病细菌，并且通过外层MnO2的产氧能力，显著改善了牙周局部缺氧环境，调节了口腔微生物菌群。最后，通过调节致病菌毒力因子和黏附因子表达水平，使其毒性降低，有利于炎症状态的缓解。
图4. CuS/MnS@MnO2纳米复合材料在细菌实验的结果。
动物实验表明，CuS/MnS@MnO2可以有效清除牙周局部细菌，减少炎性细胞在牙周局部组织的聚集，并且通过修复牙龈纤维和调节过激的自身免疫反应，达到缓解牙周炎症的效果（如图5所示）。
图5. CuS/MnS@MnO2纳米复合材料在动物实验的结果。
该工作利用具有良好的生物相容性与安全性的纳米材料，解决了单一疗法在牙周环境中所面临的临床现实问题，将多种抗菌策略高效的结合，在未来具有广阔的应用前景。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202300313
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