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致病菌感染引起的多种疾病给人类健康带来了严重的威胁,抗生素是目前临床上治疗此类感染性疾病最简单、有效的手段。然而,由于抗生素长期的不规范使用和滥用等问题,导致了对多种抗生素具有耐药性的“超级细菌”不断出现并迅速蔓延。因此,拓宽思路,研发新型、广谱、强效且生物利用度高的纳米抗菌材料具有一定的现实意义。本论文主要探讨两类超小尺寸纳米颗粒(WO3-x,CN)的抗菌性能,并通过理论计算结合多种实验技术,深入探究其潜在分子机制,为超小纳米颗粒在纳米抗菌领域应用奠定理论基础、并提供理论指导。本论文主要分为三个部分:第一部分系统综述了多种纳米材料的抗菌性能及抗菌机制,并分析了已报道的纳米抗菌剂还存在的问题及并提炼出本论文的研究内容和研究目标。第二部分主要研究超小WO3-X纳米粒子抗菌性能及生物相容性并揭示相关抗菌机制。结果表明本研究通过一锅反应法合成了一种尺寸均一(约为1.1 nm),分散性好的超小W03-X纳米颗粒;通过CFU(Colony-Forming Units)实验显示WO3-X抗菌性能具有浓度-时间依赖性;SEM(Scanning Electron Microscopy)、TEM(Transmission Electron Microscopy)结果显不 WO3-x 直接作用于细菌细胞膜表面,导致细菌形态缺损,胞质外漏;MD模拟(Molecular dynamics)结果发现,WO3-X与膜磷脂的氨基基团相互作用并吸附在细胞膜表面,从而造成膜的损伤;ESR实验发现,在模拟太阳光刺激下,W03-X联合光动力可以增强其抗菌性能;此外,通过CCK-8、Live-dead等实验对W03-X细胞毒性进行探索,结果显示W03-X具有较温和的细胞毒性。这些结果表明W03-X在抗菌领域有良好的应用前景。第三部分主要研究超小纳米材料C3N-dots抗菌性能,并评价其在动物创面感染治疗中的抑菌效果,试图探索其抗菌靶点,揭示相关抗菌分子机理。通过水热法合成了尺寸均一、水溶性好的超小的C3N-dots,其尺寸约为4.5 nm;通过CFU实验发现C3N-dots具有强效的抗菌活性,其抗菌活性呈显著的浓度与时间依赖性;通过SEM、TEM发现,C3N-dots对细菌细胞形态没有显著的影响;通过多种ROS检测探针检测发现,C3N-dots损伤细菌与氧化应激无关;通过Live-Dead实验发现,C3N-dots并非引起细菌死亡,仅抑制了细菌的增殖;通过球差透射电镜发现,大量的C3N-dots可以透过细菌细胞膜,进入细胞质,推测C3N-dots可能与菌体内部某种生物大分子相互作用,·通过动物伤口感染模型发现,C3N-dots可以显著抑制感染创面细菌的增殖,促进感染创面的愈合。结论:(1)本研究通过多种实验技术联合理论计算发现WO3-x通过粘附于细菌细胞膜表面损伤细菌,因此具有强效的抗菌效果,此外,WO3-x因其特殊的氧空位结构,联合光动力学具有更显著的抗菌效果。WO3-x对真核细胞,生物相容性良好展现了其良好的应用前景。(2)氮掺杂超小纳米材料C3N-dots具有高效的抗菌效果其抗菌机制不同于W03-X直接作用于细菌细胞膜表面,导致细菌细胞膜被破坏,胞质外漏;C3N-dots可以穿过细菌细胞膜,进入菌体内,在不杀死细菌的情况下,可能与细菌体内某些生物大分子相互作用,从而达到抑制细菌增殖的效果。(3)C3N-dots具有广谱且强效的抑菌效果,对耐药菌亦具有强效的抑菌效果。(4)C3N-dots具有良好的生物相容性,对真核细胞毒性较弱。(5)在小鼠伤口感染模型中,C3N-dots可以抑制感染创面的细菌增殖,促进创面恢复,展现了其在感染创面抑制细菌增殖、促进创面恢复的应用前景。综上所述,本研究成功制备了 W03-X和C3N-dots两种超小纳米材料,二者均具备高效抗菌效果及良好的生物相容性。尤其是C3N-dots对动物创面感染模型具有良好的治疗效果,可以显著抑制感染创面细菌的增殖。因此,本研究为临床上的耐药菌感染治疗提供思路,为纳米抗菌剂的临床应用奠定理论基础。