ACS Nano | 具有级联增强抗菌膜效能的液态金属驱动自推进纳米机器人通用纳米架构学

顽固生物膜是牢固附着的结构，与耐药感染和表面破坏紧密相关。微型/纳米机器人提供了一种有前景的抗菌膜策略，但由于缺乏稳健的自推进微型系统，其在复杂微观结构中的有效性受到阻碍。当前纳米机器人合成方法技术要求高，需要专用设备，且缺乏可扩展性，限制了临床转化。本研究中，我们利用液态金属镓（LM Ga）的纳米级可塑性和反应性，开发出一个通用平台，实现自走式纳米机器人的纳米架构学，操作简便且成分多样化。非对称锚定的 LM Ga 作为界面电交换反应器，用于原位沉积各种类过氧化氢酶金属或金属氧化物，作为功能性“发动机”。这些纳米机器人利用生物膜代谢的 _H-2O₂ 作为内源燃料，启动一个生物响应级联反应，始于光热增强的氧气生成，驱动自推进，进而缓解局部缺氧，重新激活生物膜上的细菌，最终通过铁模拟机制促进抗菌 Ga³⁺ 的自杀性摄取。级联增强的抗菌膜效果在体外及复杂表面的种植牙上得到了验证。这些纳米机器人实现了完全去除生物膜且不破坏植入物表面完整性，优于传统的钛除治疗法。这项工作提出了一种多功能的纳米机器人制造策略，并以一种精细、主动的方式来对抗精准医疗中的生物膜。

该研究以题为“Liquid Metal-Enabled General Nanoarchitectonics of Self-Propelled Nanorobots with Cascaded-Enhanced Antibiofilm Efficacy”发表在ACS Nano上。

LM Ga 纳米反应器示意图，设计用于制造多功能纳米机器人，以清除复杂表面地形上的生物膜 a 2 (A) 由 LM Ga 纳米反应器辅助构建的 (Ga-M)-机器人，具有光热催化增强的运动能力，促进 Ga 释放和 O³⁺ 生成。(B) (Ga-M)-机器人（M = Mn, Cu, Au, Ag, Pt）能够渗透起伏的表面，从深层缝隙中清除生物膜，展示了其在清除复杂表面地形上的生物膜感染方面高度期望的适应性。

Ga@vSiO₂ 的合成与表征文章及 (Ga-Mn)-机器人。 (A, B) (A) 合成过程示意图和 (B) Ga、Ga@SiO₂、Ga@vSiO₂ 及 (Ga-Mn)-机器人纳米颗粒的相应 TEM 图像（比例尺：50 nm）。 (C) (Ga-Mn)-机器人纳米颗粒的 TEM-EDS 映射（比例尺：100 nm）。 (D) Ga、Ga@SiO₂ 的 XRD 图谱及 Ga、Ga@SiO₂、Ga@vSiO₂、Ga@vSiO₂ 及 (Ga-Mn)-机器人纳米颗粒的 XPS 扫描光谱。 (E) 全谱图及高分辨率光谱，及 (Ga-Mn)-机器人纳米颗粒。 (F) (Ga-Mn)-机器人纳米颗粒的 Mn 2p 高分辨率 XPS 光谱。

基于LMGa的纳米反应器用于合成一系列对H2O2响应的气泡驱动纳米机器人（(Ga-M)-机器人，M=Cu, Au, Ag, Pt）。(A) 装有类似过氧化氢酶“引擎”的(Ga-M)-机器人原位还原反应机制示意图。(B−E) TEM图像及元素分布：(B) (Ga-Cu)-机器人，(C) (Ga-Au)-机器人，(D) (Ga-Ag)-机器人，(E) (Ga-Pt)-机器人（比例尺：100纳米）

总结