Advanced Materials:红磷-金属超声界面工程用于高效根除多重耐药细菌感染

近几十年来,为了应对癌症,细菌感染等疾病给人类公共卫生健康带来的巨大威胁,科研工作者将外源物理能量与响应性材料相结合并进行了广泛的探索以求获得更好的根除疾病的方法。其中就有经典的以激光引导,包含光热和光动力在内的光疗。然而受限于光本身的穿透能力,光疗面对一些位于皮下深层次组织的体内疾病时其治疗效果难以满足实际需求。而超声波作为一种广泛用于临床诊疗的高穿透性,高空间定位性的生物安全物理能量,则成了体内深层次疾病治疗更好的选择。其中最典型的策略便是以超声波和声敏剂材料为核心的声动力治疗(SDT),但这一策略的治疗效率会受限于生物体肿瘤深部组织或感染部位的缺氧微环境。虽然超声波的热效应可以克服这些困难以治疗,如高强度聚焦超声(HIFU)可在0.5-1.0 s内引起65-100 °C高温对病灶进行消融,然而细菌相较正常细胞具有更完善的细胞膜外结构和环境适应能力,短暂的快速升温并不能有效地根除病原菌的入侵。并且长时间的高能超声则易导致生物组织的高温造成潜在的损伤。因此,有必要提供一种简便易行的策略以赋予生物材料在生物体内实现可控声热的能力来治疗细菌入侵导致的感染。

近日,湖北大学刘想梅课题组提出了一种简易高效且具有普适性的化学气相沉积法(CVD)界面工程材料设计策略,制备了可以在生物体内实现可控性超声热效应的红磷-钛(RP-Ti)异质结材料。通过相应的超声电化学测试与声场测试可知,这种可控的超声热效应的潜在机制可能是由于在RP中产生的电子参与了载流子的振动,驰豫或电子空穴的重组,将超声机械能转化为声子而导致晶格热振动,最终使得材料对超声的吸收增强。且这一材料设计策略除了在Ti表面实现了超声热效应,并能普适性地赋予各类他金属基底同样的性能;同时,这一热效应在体外猪肉组织穿透模拟实验中被证实具有良好的穿透性和升温差异性。此外,该团队将Ti-RP的超声热效应与一氧化氮(NO)气体相结合构建了一种协同抗菌体系,并在体内体外均实现了在骨植入模型中对多重耐药菌良好的灭杀效果。 相关工作在线发表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202006047)上。