生物膜

本研究提出了一种仿噬菌体人造酶材料(IrNC@TiO₂)的全新设计策略，在口腔生物膜清除与龋齿预防中实现了物理拓扑破膜与ROS催化杀菌的协同作用。

本研究系统评估了IrNC@TiO₂对变异链球菌生物膜的清除能力，并通过分子动力学模拟揭示了其穿透机制。

结晶紫染色定量分析表明，IrNC@TiO₂处理组在570nm处的吸光度降幅最为显著，证实其具有优异的生物膜清除能力。

如图1所示，该仿噬菌体人造酶材料(IrNC@TiO₂)在口腔生物膜清除中上演了一场“物理-化学”双引擎协同作战。

这一仿生双引擎设计策略，比起单纯优化酶活性或仅改善材料形貌的传统方法，更加集成、高效，尤其能助力高生物膜清除效率、低龋齿发生率的下一代口腔健康材料开发。

针对口腔生物膜清除中浮游细菌杀灭与致密EPS基质破坏难以兼顾、传统仿生仿酶ROS催化材料作用距离有限且难以穿透生物膜屏障的关键瓶颈，四川大学程冲教授团队跳出以往“单点设计”(仅优化酶活性或仅优化材料形貌)的框架，通过模仿噬菌体的结构与抗菌特征，实现了人造酶材料对催化活性与物理破膜能力的协同集成并设计了一种新型仿噬菌体人造酶材料(IrNC@TiO₂)，其核心创新在于一举两得：一方面，海胆状尖刺拓扑结构赋予材料机械破膜能力，可有效捕获并物理破坏致密的生物膜EPS基质；

本文提出的仿噬菌体人造酶材料用于生物膜抑制和龋齿预防示意图。

其表面稳固的Ir亚纳米簇位点赋予了材料极强的酶活性，能够高效捕获并清除浮游状态的变异链球菌，从源头上抑制口腔生物膜形成。

V破膜双刃：尖刺穿透与ROS瓦解生物膜屏障

长期以来，如何实现同步解决生物膜屏障的物理阻隔与ROS的有限作用距离这两大顽疾，是该领域的关键科学瓶颈。

IrNC@TiO₂的海胆状尖刺拓扑结构模仿了噬菌体捕获细菌的尾丝机制，分子动力学模拟与电子显微镜证实其能够增强对细菌的机械捕获，并促进对细菌膜及胞外生物膜基质的穿透能力。

S-TiO₂组实现约26%的细菌杀灭，而IrNC@TiO₂组达到约74%的杀菌率，并伴随显著的EPS降解，表明其POD样活性不仅能杀灭细菌，还能通过自由基介导的催化作用破坏生物膜基质。

本文提出的仿噬菌体人造酶材料用于生物膜抑制和龋齿预防示意图。

本研究提出了一种仿噬菌体人造酶材料(IrNC@TiO₂)的全新设计策略，在口腔生物膜清除与龋齿预防中实现了物理拓扑破膜与ROS催化杀菌的协同作用。

一种仿噬菌体人造酶材料用于口腔生物膜高效抑制和龋病预防四川大学程冲等:

一种仿噬菌体人造酶材料用于口腔生物膜高效抑制和龋病预防精选

二者协同作用，使得该材料在作为牙膏添加剂时(图1b)，不仅能有效清除牙齿表面的生物膜、实现牙齿美白，更能从根本上降低龋齿发生风险。

防蛀抗蚀，效果明显：利用Ir簇酶强大的催化活性与尖刺表面的物理拓扑优势协同作用，在防龋实验中显著抑制牙齿表面生物膜的生成，有效防止牙釉质脱矿，并大幅降低龋齿发生率，展现出极具潜力的临床防龋应用价值。

本研究为设计兼具拓扑与催化活性的生物医用材料提供了可推广的策略，有望为其他生物膜相关感染性疾病的治疗开辟新路径。

SEM及Micro-CT观察表明，对照组牙釉质表面出现严重的侵蚀和微空洞形成，而IrNC@TiO₂处理组牙釉质表面基本保持光滑完整，脱矿现象显著减少，牙本质小管暴露程度明显降低，证实IrNC@TiO₂能有效抑制生物膜酸介导的牙釉质脱矿。

这种高效的抗生物膜活性归因于酶催化产生的高浓度ROS与仿生尖刺表面结构的协同作用。

长期以来，如何实现同步解决生物膜屏障的物理阻隔与ROS的有限作用距离这两大顽疾，是该领域的关键科学瓶颈。

本研究为设计兼具拓扑与催化活性的生物医用材料提供了可推广的策略，有望为其他生物膜相关感染性疾病的治疗开辟新路径。

本研究提出了一种仿噬菌体人造酶材料(IrNC@TiO₂)的全新设计策略，在口腔生物膜清除与龋齿预防中实现了物理拓扑破膜与ROS催化杀菌的协同作用。