综述:纳米酶在抗菌应用领域的机制与优化策略

【字体: 时间:2025年07月03日 来源:Coordination Chemistry Reviews 20.3

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  (编辑推荐)本综述系统阐述了纳米酶(nanozymes)作为新型抗菌剂的优势:兼具多重酶样活性(如ROS生成)、高稳定性及低成本,通过表面修饰(共价键/静电/拓扑相互作用)、复合纳米酶构建(多功能协同及级联抗菌)等策略增强对耐药菌(如MRSA、VRE)的靶向杀伤,为应对"后抗生素时代"挑战提供创新解决方案。

  

抗菌机制与酶样活性
纳米酶通过模拟天然酶(如过氧化物酶、氧化酶)催化产生活性氧(ROS),包括超氧阴离子(·O2?)、过氧化氢(H2O2)和羟基自由基(·OH),直接破坏细菌DNA、蛋白质及脂质结构。其独特优势在于可通过尺寸(1-100 nm)、表面电荷及缺陷调控催化活性,且不易诱发细菌耐药性。

分类与设计

  • 金属基纳米酶:如Ag2Se通过ROS代谢干扰和生物膜清除实现广谱抗菌;
  • 碳基材料:石墨烯氧化物兼具物理切割膜结构和酶催化双重机制;
  • MOFs基纳米酶:高比表面积利于活性位点暴露;
  • 单原子纳米酶(SAzymes):原子级分散金属中心最大化催化效率。

优化策略

  1. 靶向增强:通过细菌膜负电荷(静电吸附)或抗体共价偶联提升特异性;
  2. 结构调控:构建核壳结构保护活性中心,或引入氧空位促进电子转移;
  3. 复合协同:如Fe3O4@Au耦合过氧化物酶与葡萄糖氧化酶,实现H2O2自供给级联反应。

联合治疗
结合光热疗法(PTT)、声动力疗法(SDT)或一氧化氮(NO)释放,可突破单一模式局限。例如,近红外光激发的纳米酶可同步产生活性氧与局部高热,对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)生物膜渗透效率提升3倍。

挑战与展望
当前瓶颈在于体内催化微环境响应性不足及长期生物安全性验证。未来需开发智能响应型纳米酶,并探索其与抗生素的协同给药系统,以加速临床转化。

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