编者按：为有效推动科学普及与科技创新两翼齐飞，营造尊重科学、崇尚创新的浓厚氛围，我们再次推出“科学家讲科学”系列科普讲座，在上一期邀请我省自然科学基金创新研究群体基础上，此次燕赵青年科学家项目负责人带来了他们各自研究领域基础科学知识，带你用好奇更新已知边界，用科学连接未来生活。让我们与省自然科学基金背后的专家面对面，与科学零距离，继续有料有趣的奇妙科普旅程！

　　今天我们一起走进河北工业大学刘想梅教授团队，解密抗菌生物材料是如何智能响应的。

　　智能响应抗菌生物材料

　　自古以来，细菌和病毒感染一直威胁着全世界人民的健康安全。例如，2019年新型冠状病毒（COVID-19）的全球大传播导致了6.28亿人感染，并且对全球经济造成了不可逆转的负面影响。临床报告显示，多数感染患者死亡都是由于继发性细菌感染，特别是耐药菌感染，而非病毒本身导致的死亡。在1928年亚历山大·弗莱明研究出青霉素之前，细菌感染的患者常常难以得到有效的治疗。此后，由于抗生素具有广谱、高效的抗菌作用，在治疗细菌感染时，一直被作为首选。但是，随着抗生素的广泛使用，大量耐药菌不断出现，甚至出现了超级细菌，现有的药物难以达到令人满意的杀菌效果。

　　

　　图1 河北工业大学刘想梅教授

　　因此，开发高效、快速、安全、可控的新型抗菌方法越来越被相关科研人员和临床医生所关注。近年来，智能响应性抗菌策略得到了很大发展，由于其抗菌时间短，一般在10到20分钟内，不易产生耐药性，且抗菌效率高，安全性好，有望解决抗生素治疗的局限性。智能响应性材料可以吸收光、电场、超声波、微波、磁场等外源能量信号，直接将其转化为热、电、化学能等内部能量或影响细菌代谢，从而导致细菌死亡。与传统的抗菌材料相比，基于能量转换的智能响应性抗菌方法具有按需输送、无创和远程可控的特点。此外，该策略主要通过物理损伤或氧化应激来抑制病原体，从而达到对耐药细菌的消除并减少抗生素的使用。

　　刘想梅团队开发了一系列智能响应材料，结合光疗法、超声疗法、微波疗法，利用材料在外源的刺激下产生活性氧或者热，对骨科相关细菌感染如骨植入体表面生物膜感染、骨髓炎等进行有效治疗。

　　

　　图2微波激发抗菌纳米捕获剂用于骨髓炎

　　光疗法是利用光源刺激光敏剂使其产生热量和（或）自由基来治疗疾病的方法。超声疗法是通过聚焦超声诱导的热疗和超声动力来对抗细菌，因其组织穿透能力较强，可应用于治疗深部组织感染。超声疗法作为一种非侵入性治疗策略，由于其良好的可控性，近几十年来在纳米医学领域引起了广泛关注。微波疗法是指通过医用微波穿透组织激发病灶处的高灵敏微波响应材料，而产生微波热效应、微波动力学效应以及电磁效应协同作用，实现对病灶部位的病原菌进行高效杀灭，在临床上具有很好的应用前景。

　　但是大多数材料在外源刺激下产生的活性氧有限，如何提高材料的催化性能和活性氧产生能力成为智能响应抗菌生物材料治疗中的关键。另一方面，短时间内产生大量活性氧又会对正常组织造成一定程度的伤害。刘想梅团队的研究旨在在高效杀菌的同时消除治疗过程中的炎症反应，把对周围正常组织的伤害降到最低。

　　医务工作者可以治病救人，材料科学家也可以治病救人，他们积极发展新材料，并通过材料学的手段激发材料的本征特性与病原体作用来治疗疾病，从而实现“悬壶济世”。

原文链接：https://kjt.hebei.gov.cn/www/xwzx15/hbkjdt64/312652/index.html
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