细菌生物膜感染是一种常见且顽固的细菌感染形式，能够显著增强细菌的抗生素耐药性，主要通过阻止抗生素进入。其顽固性和抗药性使得传统抗生素治疗效果有限。生物膜中的细菌能够通过多种机制提高抗生素耐受性，导致治疗困难。近年来，微纳机器人技术在抗菌治疗中展现出巨大潜力，具有较大的推进力和适当的形状以增加生物膜的穿透深度，尤其是在物理破坏生物膜结构方面。
近日，浙江大学爱丁堡联合学院(ZJE)周民教授团队通过与浙江大学材料学院杨士宽教授团队合作，在抗菌微型纳机器人抗菌应用上取得新进展，在国际学术期刊ACS Nano期刊发表了题为：Designing Fast-Moving Antibacterial Microtorpedoes to Treat Lethal Bacterial Biofilm Infections的研究论文。本研究研发了了一种通过电化学设计制造的Ag7O8NO3微型鱼雷，具有出色的抗菌性能，并能在临床使用的双氧水中以每秒数百个体长的速度移动。这些快速移动的抗菌Ag7O8NO3微型鱼雷能够穿透并解体细菌生物膜，并杀死从生物膜中释放的细菌。
图1.用于治疗致命细菌生物膜感染皮肤伤口的快速移动微鱼雷
图2.抗菌微型鱼雷的制备与表征
该研究通过控制电位波形，可以调整微型鱼雷的形态，加速其移动速度并增加其穿透生物膜的深度。本研究开发了一种自动摇动方法，选择性地从电极表面剥离均匀结构的微型鱼雷，实现了微型鱼雷的连续电化学生产。
图3.快速移动微型鱼雷用于细菌生物膜感染治疗
动物实验证明，微型鱼雷群显著提高了感染致命生物膜的小鼠的存活率，达到>90%。使用电化学方法设计和大规模生产结构统一的快速移动抗菌微鱼雷群，具有治疗致命细菌生物膜感染的应用潜力。微型鱼雷在临床使用的双氧水中能够极快地移动，通过频繁喷射氧气泡穿透和解体细菌生物膜，并在生物膜内持续释放高价银离子以杀死周围细菌，为治疗致命细菌生物膜感染的皮肤伤口提供了一种有前景的方法。
该系统展示了卓越的运动性能和广谱高效的抗菌效果，具有良好的生物相容性和潜在的临床应用前景。未来的研究将进一步优化该系统，并在更复杂的临床模型中验证其效果和安全性。
浙江大学博士生赵丽妍和博士生郦婉琳是论文的共同第一作者，浙江大学材料学院杨士宽教授，香港理工大学王钻开教授，与ZJE周民教授为论文的共同通讯作者。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c04995
