综述：利用光热纳米酶实现牙周炎的有效治疗：一种多功能策略

《Materials Today Advances》：Harnessing photothermal nanozymes for effective treatment of periodontitis: A multifunctional approach

　　

牙周炎是一种由宿主-微生物群相互作用紊乱引发的慢性感染性疾病，可导致口腔微生物组改变、促炎免疫反应激活以及随后的牙槽骨炎症性破坏。传统的机械清创和抗生素疗法往往难以解决生物膜清除不彻底等关键问题。近年来，光热纳米酶（PTNs）的发展成为一种极具前景的解决方案，其结合了光热效应与类酶催化活性。PTNs可提供包括抗菌、抗炎和组织再生能力在内的多功能治疗获益，使其成为牙周炎治疗的创新性方法。本综述重点阐述了PTNs在牙周炎管理中的机制、特性和应用，重点关注其靶向感染、调节炎症和促进骨再生的能力。研究人员探讨了PTNs在材料设计、生物安全性和临床转化方面的挑战，以及提高其稳定性、特异性和临床可行性的策略。此外，研究人员还探索了将PTNs与其他治疗方式（如药物递送系统）相结合以进一步改善治疗效果的潜力。尽管已取得令人鼓舞的进展，但PTNs的临床应用仍处于早期阶段，仍需持续的研究以优化其性能，并确立其在牙周治疗中的长期安全性和有效性。

1. 1.
   引言
   牙周炎是一种由牙菌斑生物膜引发的慢性炎症性疾病，是导致牙齿缺失的首要原因。作为一种感染性疾病，其特征是牙齿支持结构的破坏。全球约19%的人口患有重度牙周病，造成了沉重的健康负担。此外，牙周炎还与心血管疾病、糖尿病和某些癌症等一系列全身性疾病相关。因此，有效管理牙周炎对健康管理至关重要。目前，牙周炎的临床管理通常包括辅助抗生素治疗和机械清创。然而，由于清除不彻底和继发感染等问题，这些传统治疗方法远不能令人满意。药物渗透受限、抗生素耐药性、复杂的微生物动态变化以及唾液的持续分泌等因素都会阻碍局部或全身辅助抗生素治疗的效果。治疗挑战不仅源于抗生素的局限性，更深层次地植根于口腔微环境的复杂性。口腔是一个动态环境，存在pH波动、持续的唾液流动以及深牙周袋内的低氧水平，这些因素会使许多药物失活。此外，牙周生物膜的韧性——一种由胞外聚合物（EPS）构成的复杂“堡垒”——可保护病原体免受宿主免疫反应和外源性药物的侵袭。即使感染得到抑制，牙槽骨和牙周韧带的不可逆破坏通常也会导致永久性功能丧失，这是传统疗法无法解决的关键缺口。因此，更高效牙周炎治疗的创新策略引起了广泛关注。近年来，纳米技术的快速发展为牙周炎治疗提供了广阔前景。纳米材料能够灵活到达口腔内难以触及的区域。光热纳米酶（PTNs）是一类兼具光热转换能力和类酶催化活性的纳米材料。PTNs通过局域表面等离子体共振（LSPR）或电子跃迁吸收近红外（NIR）光，将光能转化为热能，同时模拟天然酶加速特定的生化过程。纳米酶的酶活性主要取决于催化底物转化的活性位点，例如分解H₂O₂或氧化有机分子。这导致活性氧（ROS）的生成或自由基的清除，使PTNs能够发挥多功能作用，在牙周炎治疗中展现出突破性潜力。虽然洁治和根面平整（SRP）及辅助抗生素是传统的主要手段，但其疗效常受限于牙周生物膜的复杂结构和日益严峻的抗菌素耐药威胁。PTNs作为一种变革性替代方案，提供了“按需”治疗干预。与传统药物不同，PTNs提供了一种多模式治疗范式，其中光热转换既是生物膜的物理破坏因子，也是酶促氧化的化学增强剂。PTNs的临床优势还在于其连接感染控制和功能恢复的“生物活性”潜力。除了根除病原体，PTNs还能有效淬灭炎症后期的局部过量ROS，并调节牙周袋内的细胞因子谱。这种双重功能——作为灭菌的“促氧化剂”和组织保护的“抗氧化剂”——解决了传统疗法只关注杀菌而忽视牙槽骨和韧带再生必要性的关键缺口。在口腔中，PTNs具有独特优势：局部热效应可降低龈沟液黏度并改善治疗性ROS的动力学扩散，即使在唾液冲刷下也能确保疗效。此外，PTNs利用温和的光热疗法从物理上破坏EPS基质的不稳定性，从而使纳米酶产生的自由基能够穿透并清除深层细菌。至关重要的是，该系统的温和且可控的激活旨在下调炎性细胞因子并促进促再生微环境，弥补了感染清除与功能性组织恢复之间的差距。虽然已有几篇综述分别探讨了纳米酶或光热疗法（PTT）在牙科中的应用，但专门针对其双功能集成——即PTNs——的综合论述仍然缺乏。本综述的独特之处在于特别关注了牙周袋独特病理背景下热能和酶催化之间的协同机制。研究人员将超越简单的抗菌效应，探讨如何设计PTNs以重塑免疫微环境并促进缺失功能性组织的再生。此外，研究人员还将讨论将PTNs转化为牙周病临床实践的挑战和机遇，重点关注提高其疗效、生物安全性和长期稳定性。通过综合当前研究现状并强调未来方向，本综述旨在为PTNs在对抗牙周炎中的作用提供有价值的见解。为了全面描绘基于光热纳米酶的牙周炎治疗研究现状，研究人员进行了针对性的文献检索。具体而言，研究人员检索了PubMed、Web of Science和Google Scholar等主要学术数据库，筛选2012年至2026年间发表的相关同行评审文章。检索策略结合了“periodontitis”、“nanozymes”、“photothermal therapy”、“biofilm eradication”和“synergistic antibacterial effect”等关键词。纳入标准仅限于直接涉及催化和光热活性整合以促进牙周组织修复的实证研究和新型方法学提案，明确排除非同行评审的预印本和观点类文章。本综述的后续部分将综合所选文献的研究结果。
2. 2.
   光热纳米酶的定义与分类
   纳米材料是指在空间中至少有一个维度处于纳米尺寸范围（1 nm至100 nm）的材料。PTNs是一类结合了光热效应和酶催化活性的独特纳米材料。与一般的纳米光热材料不同，PTNs不仅能吸收光能并将其转化为热能，还能催化特定的生化反应，使其在各种治疗应用中具有高度多功能性。PTNs可以通过单一材料的固有特性（如CuS，兼具光热和弱氧化酶样活性）或复合/杂化结构实现双功能集成。PTNs还可以表现出协同机制：光热效应可在局部升高温度以增强酶活性（温度依赖性催化反应），或者光热能和催化产物（如ROS）可以共同作用于靶点。这种协同效应有助于提高治疗效果。PTNs的主要优势在于其高催化效率、多功能性、稳定性、设计灵活性、生物相容性和响应调控能力。这些特性使PTNs在治疗复杂疾病方面极具前景。PTNs的类酶活性使其能够催化产生ROS或清除自由基的生化反应，从而解决牙周疾病的微生物和炎症成分。此外，PTNs的生物相容性及其精确设计为响应特定刺激（如光或pH变化）提供了可能，使其成为针对牙周炎进行靶向、局部治疗的理想工具，且不会伤害周围健康组织。PTNs的分类可基于材料组成和催化机制。研究人员重点介绍了不同PTNs的独特优势，以及这些优势如何与临床需求相匹配。

2.1 基于材料组成的分类

材料的选择直接影响PTNs的催化活性和生物相容性。例如，贵金属纳米酶（如金纳米颗粒，AuNPs）表现出高光热转换效率，而碳基材料则具有优异的化学稳定性和低生物毒性。这种材料-性能-应用关系为设计针对特定临床场景的PTNs提供了理论基础。研究人员重点介绍五种典型的PTNs。

2.1.1 贵金属基纳米材料

贵金属基光热剂（PTAs）（如金（Au）、银（Ag）和铂（Pt））表现出一种称为局域表面等离子体共振（LSPR）的独特现象。这种现象使得PTAs能够利用特定波长光的能量诱导表面自由电子振荡，实现高效的光热转换。Au因其强NIR吸收、优异的生物相容性和可调的表面特性而非常适合生物医学应用。AuNPs的光热转换效率受其尺寸和形状的显著影响，主要是因为LSPR峰会随这些参数发生偏移。当AuNPs的直径发生变化时，其吸收和转换光能的能力也会发生变化，直接影响其光热性能。尽管AuNPs尺寸较小，但通过强粒子间耦合驱动的共价交联，其表面等离子体共振峰可调节至NIR区域，使其在光热治疗中特别有效。AgNPs以其显著的抗菌特性而广受认可，主要归因于其强大的光热效应。与其他贵金属纳米材料相比，AgNPs的一个主要优势是其合成相对简单且具有成本效益。此外，AgNPs可在酸性环境中释放Ag⁺离子，进一步增强其杀菌效果。Cao等人开发了一种新型纳米酶Ag/Bi₂MoO₆（Ag/BMO），其在NIR-II光下表现出增强的过氧化物酶样活性。通过结合过氧化物酶样催化、NIR-II光动力抗菌疗法（PDAT）和Ag⁺离子的释放，Ag/BMO纳米催化剂显示出优异的抗菌功效。

2.1.2 金属硫化物/氧化物基纳米材料

虽然贵金属基纳米材料在各种治疗应用中显示出显著疗效，但金属硫化物提供了一种更具成本效益的替代品，且不影响性能。这些材料在PTT应用中前景广阔，并因其优良特性而被越来越多地探索。例如，Zhao等人合成了PEG修饰的MoS₂纳米花（PEG-MoS₂NFs），其同时表现出酶催化活性和光热转换效率，实现了协同效应。MoS₂固有的过氧化物酶样活性能够将低水平的H₂O₂转化为·OH，从而减轻高水平H₂O₂相关的毒性。生成的·OH具有强大的抗菌特性，可对细菌细胞壁和膜造成初始氧化损伤，增加细菌的易感性。结合MoS₂的光热转换能力，该系统增强了受损膜的渗透性，进而增加了细菌对热的敏感性。这种协同作用允许缩短PTT的持续时间并最小化相关副作用。此外，808 nm辐照PEG-MoS₂NFs诱导的加热加速了抗氧化谷胱甘肽（GSH）的氧化，破坏了细菌的保护机制。金属氧化物在生物应用中也具有巨大潜力。氧化铁（Fe₃O₄）纳米颗粒（IONPs）表现出优异的生物安全性、出色的光热转换能力和过氧化物酶样催化活性，使其成为构建光热-酶联合抗菌治疗平台的理想选择。IONPs的过氧化物酶样催化活性使其能够在微酸性环境中诱导H₂O₂催化生成·OH，从而发挥杀菌作用并提高细菌对热的敏感性。当受到NIR光刺激时，光热效应可破坏细菌细胞膜，导致细菌蛋白质、DNA或RNA裂解和失活。金属氧化物基纳米材料已从简单的单金属材料演变为复杂的双金属协同平台。一项突出的研究通过开发NIR光响应型铜-铈双金属氧化物（CuCeOx）纳米酶体现了这一趋势。研究人员评估认为，CuCeOx代表了不同催化功能的战略性整合。在该双金属系统中，铜物种提供强大的光热转换和过氧化物酶（POD）活性，通过局部高热和·OH的生成触发协同抗菌效应。同时，铈组分贡献超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）模拟活性，这对于清除炎性牙周微环境中的过量ROS至关重要。从机制上讲，这种“两面神”催化行为允许纳米酶切换角色：在NIR照射下作为促氧化剂根除生物膜，而在光移除后作为抗氧化剂保护健康组织并下调促炎细胞因子（如IL-6和TNF-α）。研究人员认为，这种双金属氧化物通过平衡有效的微生物杀灭与高精度的免疫调节和成骨促进，为解决“活性-安全性”悖论提供了优于传统单功能金属氧化物的解决方案。

2.1.3 碳基纳米复合材料

碳基纳米材料（如碳纳米管和石墨烯基纳米材料（GBNs））通过其π电子系统吸收光能，表现出中等的光热效率。例如，丝素蛋白碳化衍生的碳基纳米材料在NIR照射下5分钟内温度升高26^°C。除了传统石墨烯，石墨炔（GDY）——一种含有sp和sp²杂化碳原子的新型二维碳同素异形体——代表了下一代高性能碳基PTNs。一个确定的进展是GDY-Fe@HA-DA水凝胶，它将石墨炔-铁纳米酶复合物整合到生物粘附支架中。研究人员评估认为，GDY-Fe通过其独特的乙炔键克服了传统石墨烯基材料的局限性，这些键为铁中心提供了丰富的锚定位点，确保了高催化稳定性且无离子浸出。从机制上讲，该系统具有高度的微环境响应性：在酸性牙周袋中，它触发芬顿样反应产生活性羟基（·OH），实现了化学动力学疗法（CDT）和NIR触发的PTT之间的强效协同作用。此外，通过将这种碳基纳米酶掺入多巴胺修饰的透明质酸（HA-DA）基质中，该平台实现了卓越的组织粘附性，直接解决了深牙周袋中的唾液清除这一临床挑战。这种“智能”响应设计强调了碳基PTNs从简单的光热剂向精准靶向治疗系统的转变。

2.1.4 有机分子基纳米材料

有机分子的自组装可实现精确的结构控制，使其在开发PTAs方面具有吸引力。有机PTAs如普鲁士蓝（PB）表现出优异的生物相容性和生物可降解性。PBzymes可以通过室温“温和合成”进一步工程化，以创建专门为牙周炎的复杂微环境量身定制的多功能平台。例如，负载原位掺杂硝普钠（SNP）的钌（Ru）掺杂PBzymes形成了一种创新的二氧化氮（NO）供体纳米平台（SPBzyme）。该系统通过三方协同机制运作：在808 nm NIR光下，它提供温和的光热疗法（维持温度约45^°C）以物理破坏坚韧的细菌生物膜，同时触发增强的NO气体释放以渗透深层感染并克服抗生素耐药性。至关重要的是，SPBzyme保留了强大的多酶促活性——包括CAT、SOD和POD模拟物——可有效清除过量的ROS和活性氮（RNS）。这种综合方法不仅能根除致病性生物膜，还能恢复抗氧化应激平衡，从而减轻炎症并促进牙周组织修复。此外，还开发了一种新型纳米佐剂——PB–CoPP纳米酶（PCZs），具有组织再生和抑制生物膜相关骨髓炎（OI）的双重功能。在受损组织中，CoPP促进胞葬作用，减少炎症并促进修复。在酸性生物膜微环境中，PCZs表现出过氧化物酶样活性，产生ROS以破坏生物膜，这种效应因光热加热而增强。在中性条件下，其过氧化氢酶样活性清除ROS，调节细胞焦亡。这种微环境响应的ROS调节支持免疫平衡，实现感染控制和组织再生。金属有机框架（MOFs）是由连接金属节点的有机配体组成的独特结晶多孔结构，可以是单个金属离子或金属簇。这些材料表现出优异的力学和化学性能。MOF基纳米酶（NZs）具有显著的优势，包括增强的抗菌活性。例如，UsAuNPs/MOFs NZ对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌均显示出显著的抗菌功效，尤其是在引入少量H₂O₂的情况下。

2.1.5 聚合物基纳米材料

在聚合物基PTNs的设计中，聚多巴胺（PDA）因其能够模拟天然酶（如过氧化物酶和过氧化氢酶）以及提供优异的固有光热转换效率而脱颖而出。研究人员评估认为，与裸露的无机纳米酶相比，PDA涂层提供了两个决定性优势：（1）生化协同作用：PDA的儿茶酚基团与普鲁士蓝核心的氧化还原活性中心相互作用，显著放大了整体的ROS清除和抗炎能力。（2）生物界面粘附性：利用其“贻贝启发”的特性，PDA增强了PTNs在牙齿表面和牙龈组织上的保留时间，有效抵抗唾液冲刷——这是传统临床冲洗的主要瓶颈。从机制上讲，这种混合系统执行序贯治疗方案：最初，NIR触发的中度高热从物理上破坏生物膜的EPS保护基质，允许共递送的抗生素和产生ROS的催化活性清除深层病原体。随后，平台过渡到抗炎阶段，清除过量ROS以促进M2巨噬细胞极化，从而弥补感染控制和功能性牙周再生之间的差距。这种设计说明了聚合物修饰的纳米酶适应慢性牙周炎波动病理需求的潜力。

2.2 基于催化机制的分类

虽然按材料组成对PTNs进行分类提供了化学框架，而按催化机制分类则定义了其生物学功能，这两者通过纳米材料的电子态和表面结构内在地联系在一起。例如，Ru@黑曲霉黑色素纳米颗粒，这种混合系统提供了明确的结构-活性相关性：贵金属中心（Ru NPs）提供了多酶模拟活性（SOD、CAT和POD）所需的电子转移位点，而有机支架（黑曲霉黑色素）充当高效光热剂。至关重要的是，黑曲霉黑色素组分在NIR照射下的光热输出直接加速了Ru活性位点的催化动力学。这种“热增强催化”表明材料选择（金属-有机杂化物）与治疗机制内在相关，其中物理高热和化学ROS调节被协同整合。PTNs可根据其催化机制分为两类：氧化还原酶家族和水解酶家族。

2.2.1 氧化还原酶家族

PTNs可以被设计成模拟各种氧化还原酶的催化活性，包括氧化酶（OXD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）。这些酶是生物系统中氧化还原稳态的基础，其纳米酶类似物为抗菌、抗炎和抗癌疗法提供了有前景的策略。氧化酶（OXD）样纳米酶在有O₂存在的情况下催化底物的氧化，生成H₂O或H₂O₂等副产物。产生的H₂O₂可作为其他酶模拟物（包括POD和CAT）的二级底物。例如，具有葡萄糖氧化酶（GOD）样活性的Au-Fe单原子纳米酶（Au-FeSAzyme）可以抑制肿瘤中的葡萄糖代谢，从而增加ROS的产生并增强光热、化学动力学和光动力疗法的疗效。过氧化物酶（POD）样纳米酶催化H₂O₂或有机过氧化物（H₂O₂+ AH₂→ 2H₂O + A）的分解，产生羟基自由基（·OH），可有效破坏细菌膜。He等人开发了PDA包覆的Cu_xO纳米颗粒，在NIR照射下，表现出增强的POD样活性。这一点通过H₂O₂介导的3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）氧化得到证实，产生了强大的ROS生成，并对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出有效的杀菌活性。超氧化物歧化酶（SOD）样纳米酶催化超氧阴离子（O₂•^-）歧化为H₂O₂和O₂（2O₂^?+ 2H⁺→ H₂O₂+ O₂），在减轻氧化应激中起着至关重要的作用。过氧化氢酶（CAT）样纳米酶进一步将H₂O₂分解为水和氧气（2H₂O₂→ 2H₂O + O₂），从而防止H₂O₂积累并保护组织免受氧化损伤。SOD和CAT表现出协同效应，SOD将毒性更强的O₂^?转化为H₂O₂，然后由CAT进一步转化为无害的H₂O和O₂，形成完整的自由基清除链（O₂^?→ H₂O₂→ H₂O）。例如，一种掺入MnO₂纳米颗粒的仿生粘附水凝胶被开发用于治疗牙周炎。该水凝胶表现出中和一系列自由基的能力，包括总ROS、超氧阴离子和羟基自由基。此外，由于其模拟SOD和CAT活性，它通过清除多余的ROS并产生氧气来缓解炎症微环境中的缺氧。单原子纳米酶（SAzymes）由于其原子分散的活性位点而进一步提高了催化效率。Xiang等人报道了负载Pt单原子的g-C₃N₄纳米酶（PtSA/C₃N₄），具有双重SOD和CAT模拟功能。这些SAzymes有效清除了ROS和活性氮（RNS），调节线粒体ATP生成，并延缓骨关节炎的进展。

2.2.2 水解酶家族

水解酶是催化水解反应、通过加水分解底物的酶。在纳米技术中，水解纳米酶被设计成模拟这些天然酶，为各种生物医学应用提供解决方案。蛋白酶催化肽键的裂解，将蛋白质分解成较小的肽或氨基酸，这在蛋白质周转、伤口愈合和细胞信号传导等过程中至关重要。酯酶水解酯键，将脂质分裂成脂肪酸和甘油，广泛用于脂质代谢调节和药物递送系统。短肽自组装方法为构建极简但功能性的酯酶样纳米酶提供了一条极具启发性的途径。一项代表性研究表明，二肽可以自组装成作为人工催化剂的多价纳米纤维。这些由最小的二肽构建块形成的纳米纤维有效地催化模型底物（如对硝基苯乙酸酯，pNPA）的水解，表现出显著的酯酶样活性。这项工作证明，仅通过基本氨基酸单元的自组装就可以实现复杂的酶模拟催化，为设计下一代模块化和易于合成的水解纳米酶奠定了基础。磷酸酶催化磷酸酯键的水解，从蛋白质和其他分子中去除磷酸基团，从而在细胞信号传导、能量代谢和基因表达中发挥关键作用。

1. 3.
   光热纳米酶的原理与特性
   3.1 光热转换机制
   3.1.1 光吸收与热转换过程
   PTT利用PTAs吸收特定波长的NIR光并将吸收的光能转化为热能。局部温度的升高诱导热效应扩散到周围组织，导致细胞死亡或增强药物递送等治疗效果。不同的材料通过不同的机制实现光热转换。在无机材料中，光热转换主要通过LSPR发生。LSPR使金属纳米颗粒表面的自由电子在吸收NIR光时发生集体振荡，从而产生热量。例如，AuNPs在NIR区域表现出令人印象深刻的PCE，据报道，根据尺寸、形状和表面修饰的不同，其值高达60-70%。另一方面，AgNPs显示出较低的PCE（约30-40%），但它们提供了增强的抗菌特性，这进一步促进了它们在医学应用中的实用性。这些无机材料的PCE可能会根据其尺寸和表面特性而发生显著变化，优化这些参数以实现有效的光热性能至关重要。在有机材料中，光热机制有所不同。吸收NIR光后，有机材料经历电子能量增加，导致从基态跃迁到单重激发态。这种跃迁导致材料返回更稳定状态时释放热量。例如，基于有机染料的PTAs（如吲哚菁绿，ICG）的PCE在20%到40%之间，具体取决于分子结构和所用染料的浓度。有机PTAs中的跃迁效率和产热通常低于无机PTAs，但其生物相容性和易于修饰使其对各种生物医学应用具有吸引力。理想的PTAs应具备以下四个关键特征：1）高PCE和光稳定性，实现高效且持续的热生成；2）优异的生物相容性，确保体内不良反应最小；3）治疗后能从体内快速清除，避免毒性积累；4）易于合成和修饰，允许多功能化和在不同治疗领域的应用。例如，AuNPs表现出优异的光稳定性和生物相容性，使其成为癌症PTT的理想选择，而ICG等有机PTAs因其可调的光学特性而常用于成像和非侵入性治疗。
   3.1.2 温度控制与精准治疗
   光热纳米材料的精确温度控制是其在生物医学治疗中成功应用的关键因素。通过调节光热剂的浓度、激发波长和照射时间等参数，可以实现精细的热调节。PTNs的治疗效果在很大程度上取决于外部光刺激的精度。激发波长的选择并非任意的，而是根据材料的消光系数量身定制的。例如，对于骨内袋中的深层生物膜，首选808 nm NIR照射，因为其组织穿透力优越且血红蛋白吸收较低。例如，氮化钛（TiN）纳米颗粒在808 nm NIR照射下表现出浓度依赖性的温度升高，并保持优异的光热稳定性。“光热剂量”——波长、功率密度和照射时间的乘积——必须严格调控。PTNs在抗炎、抗菌和再生中的典型应用通常需要将温度控制在特定范围内，以确保疗效和安全性。为了减少炎症反应，温度通常需要控制在40-45^°C之间。这个温度范围可以有效促进局部血流，增强药物渗透，并激活生物反应，而不会造成组织损伤。为了灭菌，温度通常控制在45-50^°C之间。这个范围可以有效抑制细菌生长，同时最大限度地减少对周围健康细胞的损害，因为过高的温度可能导致组织坏死。不同的具体应用和材料可能有不同的要求，在实际治疗中应基于研究或临床试验结果进行调整。激光照射停止后，局部温度通常会逐渐恢复到基线水平。升高的温度可诱导致病蛋白不可逆变性，导致坏死；然而，一些残留细胞可能在治疗后存活。将光热效应与酶活性相结合可以增强治疗效果。纳米酶受热后可催化产生ROS，即使在照射停止后仍继续发挥细胞毒性作用。

3.2 类酶活性和生物相容性

总之，PTNs的类酶活性为天然酶提供了一种有前景的替代方案，能够在温和条件下实现高效催化。这些特性使PTNs在治疗应用（包括牙周治疗）中非常有效。然而，确保其生物相容性和长期安全性仍然是一个关键的考虑因素，特别是关于在健康组织中的潜在积累。

3.2.1 模拟天然酶的能力

纳米酶被认为表现出类酶催化效应，不仅因为它们具有高催化效率，能够在温和的生理条件下催化与天然酶相同的化学反应，还因为它们具有惊人相似的催化条件和机制。与生物酶一样，纳米酶可以在温和的生理条件下高效地催化化学反应。此外，纳米酶与底物之间的相互作用与天然酶非常相似，这表明纳米酶在分子水平上表现出酶模拟行为。这表明纳米酶具有固有的类酶催化活性，使其在各种应用中成为天然酶的有希望的替代品。

3.2.2 生物相容性评估

PTNs在治疗应用中具有相当大的前景。然而，确保其生物相容性对于避免对组织产生潜在的不良影响至关重要。研究表明，材料组成、粒径和表面修饰等因素显著影响纳米酶与生物组织之间的相互作用。通过适当的工程设计，PTNs表现出低细胞毒性，促进组织再生，并有效靶向病原体。尽管取得了这些进展，但仍有一个担忧：治疗期间和治疗后纳米材料在健康组织中的潜在积累。这对长期安全性构成了挑战，因为积累的纳米颗粒和聚集体的细胞毒性尚未完全了解。检测和清除体内的纳米级材料仍然是一项艰巨的任务，需要进一步研究其长期生物相容性和安全性。

1. 4.
   光热纳米酶在牙周炎治疗中的应用
   牙周炎是一种主要由形成牙菌斑的细菌生物膜引发的慢性炎症性疾病。这些生物膜引发持续性炎症，逐步破坏牙齿的支持结构，包括牙龈、牙周韧带、牙骨质和牙槽骨。这导致骨丢失、牙齿松动，最终导致牙齿脱落。标准的临床方法包括机械干预，如洁治和根面平整，通常伴有抗生素。然而，机械方法在难以到达的区域（如深牙周袋、分叉区和根面凹陷处）效果有限。虽然抗生素旨在消除游离的口腔细菌，但它们在渗透牙根表面菌斑生物膜内的保护性EPS方面面临挑战。生物膜内的细菌可以承受比浮游细胞有效浓度高10至1000倍的抗生素浓度，需要过量的抗生素使用，从而导致抗生素耐药性。此外，抗生素治疗会破坏口腔微生物群的平衡，导致进一步的并发症。
   4.1 抗菌效应
   细菌感染仍然是全球主要的健康威胁，抗生素是主要的治疗选择。然而，抗生素的过度和不适当使用导致了多重耐药菌株的出现，严重损害了治疗效果并增加了死亡率。细菌在各种表面（包括生物表面和人工表面）形成生物膜，使治疗更加复杂。这些生物膜受到致密细胞外基质的保护，充当抵御环境压力和抗生素渗透的强大屏障。未能完全根除细菌和生物膜通常会导致慢性感染、植入物失败和与器械相关的并发症。在口腔中，丰富的营养物质支持细菌的快速增殖。这些细菌粘附在表面并被嵌入EPS中，形成牙菌斑等生物膜。EPS主要由多糖、蛋白质、脂质和细胞外DNA（eDNA）组成，共同保护细菌免受抗生素侵害。致病性生物膜引起的口腔疾病（如由牙龈细菌积聚引起的牙周炎）构成重大健康风险。牙周炎与多种微生物相关，特别是牙龈卟啉单胞菌、齿垢密螺旋体和福赛斯坦纳菌。因此，开发有效的抗菌或抗生物膜策略对于牙周炎的成功管理至关重要。
   4.1.1 对牙周致病菌的光热响应和催化活性
   PTNs通过物理机制和氧化应激诱导表现出强大的抗菌作用。在牙周炎中，细菌感染是起始事件，多形核中性粒细胞是早期的第一道防线。在此过程中，会产生ROS，既有助于组织损伤，也在对抗感染中发挥关键作用。PTT是一种成熟的对抗口腔生物膜的物理方法。通过利用将光能转化为热能的PTAs，PTT诱导局部高热效应，在808 nm NIR光照射下产生超过50^°C的温度。这种升高的温度破坏细菌细胞膜，使蛋白质变性，并破坏细菌结构，有效消除生物膜。PTT相对于传统抗生素治疗的优势显而易见：它对包括耐药病原体在内的广泛病原体提供广谱抗菌活性，且不会促进耐药性的发展。此外，PTT通常只需要几分钟即可达到治疗效果，最大限度地减少了热暴露的持续时间并降低了副作用的风险。值得注意的是，快速的治疗效果和最小的耐药风险使PTT成为牙周炎临床治疗的有前景的替代方案。最近的进展引入了Z型异质结构纳米复合材料Bi₂S₃/Cu-TCPP，它结合了声动力疗法（aPDT）、PTT和CDT的协同效应，以增强对牙周炎病原体的抗菌作用。Bi₂S₃/Cu-TCPP通过PTT抑制细菌粘附并破坏生物膜完整性，同时降低毒力因子，增强aPDT和CDT的抗菌功效。在635 nm光照射下，该复合材料可减少炎症，保存骨结构，并加速牙周组织的恢复，突显了其改善牙周治疗结果的潜力。另一种值得注意的纳米复合材料CuS/MnS@MnO₂，在808 nm激光照射下利用PTT破坏细菌生物膜并促进细菌细胞死亡。激光产生的局部热量不仅破坏了生物膜结构，还放大了MnO₂层的催化活性，导致与CDT的相互作用。这种相互作用加速了细菌微环境中·OH的生成，进一步增强了抗菌功效。808 nm激光不仅触发PTT，还激活CDT和氧气释放，创建了一个用于靶向抗菌治疗的多功能纳米平台。提高治疗选择性的一个关键考虑因素是保留非致病性口腔菌群，它们在维持口腔微生物平衡中发挥着重要作用。ROS的产生虽然能有效杀死细菌，但会不加区别地损害致病性和有益细菌。为了缓解这一问题，CuS/MnS@MnO₂中的MnO₂层经过工程设计，可选择性靶向致病菌。通过分解H₂O₂，MnO₂产生O₂，支持非致病性细菌的存活，同时使病原体更容易受到CDT和PTT的影响。此外，该复合材料利用了非致病性细菌（如戈登链球菌）产生的内源性H₂O₂，在没有外源性H₂O₂的情况下将其转化为·OH，增强了抗菌效果。尽管基于ROS的策略很有前景，但菌斑生物膜内的缺氧微环境仍然是获得最佳治疗的挑战。许多致病性口腔细菌是厌氧或兼性厌氧菌，限制了氧化疗法的有效性。为了解决这一限制，设计能够自生成H₂O₂或提高将其转化为·OH的效率的生物材料至关重要。这种方法将优化CDT并增强口腔感染中的抗生物膜功效。这些纳米酶的抗菌作用主要依赖于其POD和OXD催化功能，促进H₂O₂转化为·OH，从而实现有效的ROS调节。纳米酶对细菌细胞壁或生物膜进行酶促降解，导致细菌细胞死亡，这通常被描述为酶促抗生素的抗菌机制。在对抗口腔感染中，纳米酶发挥三个关键功能：生物利用度：纳米酶必须留在菌斑生物膜内以维持长期的抗菌活性，确保治疗效果。靶向激活：纳米酶在生理条件下稳定，但在菌斑生物膜的酸性微环境中被激活。例如，具有过氧化物酶样活性的Fe₃O₄纳米颗粒在穿透生物膜后将H₂O₂转化为ROS，确保局部作用。降低毒性：纳米酶通过将H₂O₂转化为羟基自由基，最大限度地降低了高浓度H₂O₂（0.5-3%）的细胞毒性，降低了所需浓度并提高了生物安全性。除了这些功能外，还开发了基于纳米酶的策略，通过催化H₂O₂转化为有毒的·OH来对抗口腔生物膜，从而有效杀死细菌并降解生物膜EPS。其中一种策略涉及使用双聚合物功能化的黑色素-AgNPs（P/D-MNP-Ag），旨在穿透生物膜并提供序贯治疗。这种纳米复合材料对牙龈卟啉单胞菌显示出显著的抗菌活性，激光照射进一步增强了其功效。Ag⁺释放增加和激光的热效应共同促进了抗菌性能的提高。此外，纳米酶可以通过磷酸酶样活性促进前药向抗生素的生物正交转化或降解细菌膜的磷脂结构，从而进一步提高细菌死亡率。
   4.1.2 与传统抗菌疗法的比较
   牙周炎临床治疗的主要目标是清除牙菌斑、减轻炎症和恢复牙周组织功能。目前的治疗方案大致可分为药物和手术方法。虽然抗生素被广泛使用，但它们面临着重大挑战：由于口腔环境中抗菌效力减弱，需要重复给药，以及产生耐药菌株的风险，最终限制了其长期有效性。全身给药面临挑战，因为很难通过血液将治疗药物输送到局部组织。局部药物应用也受到唾液快速清除、穿透EPS基质能力差以及在牙齿表面滞留差等问题的阻碍。尽管洁治和根面平整以及保守性牙周手术是有效的治疗方法，但它们不是微创或最具成本效益的方法。机械清创可能导致患者不适、出血和牙龈损伤，需要大量的人力，并且在消除深层细菌生物膜方面往往仅部分有效。此外，这些疗法未能有效解决牙周炎引起的不可逆的牙槽骨吸收。因此，越来越需要能够有效穿透生物膜EPS基质、停留在牙齿表面并以微创方式提供局部治疗的新型治疗系统，以