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提高超顺磁性氧化铁抵抗在代谢物存在下 耐抗生素性生物膜的功效 Naside Gozde Durmus ，Erik N. Taylor ，Kim M. Kummer ， and Thomas J. Webster * 抗生素首次引入，被认为是细菌感染的终结者。[1]然而，由于它们的广泛使用（自20世纪40年代已被估计超过100万吨），多耐药性细菌的出现已经成为现今在公共健康方面最大的全球性问题之一。[2]尤其是对抗生素的抑制和缺乏新的抗菌药成为医疗保健相关感染（HAI）显著的治疗难题。 在美国HAI是引起死亡的首要原因，每年约有170万例病人，死亡达100万人，每年估计花费超过三百五十亿费用。[3]耐甲氧西林药的金黄色葡萄球菌（MRSA）一直位于HAI的前列，在所有重症监护病房的感染病例中占的55％。[1，4，5]治疗往往需要使用万古霉素，因为它具有抗MRSA [6]最可靠的抗菌活性并且是最后剩余能够有效作用于MRSA菌株的抗生素。[5]另一方面，MRSA菌种种有一小部分已开始产生对万古霉素的抑制作用，导致诊所中众多治疗失败。[6–8] 不采取抗生素的方法而是使用纳米技术用于细菌感染的治疗这引起了越来越多的兴趣。例如，许多基于碳的纳米材料，例如富勒烯（C60），[8]碳纳米管（CNTs）[9，10]和石墨烯[11]以及基于金属的纳米颗粒包括银（Ag），[10，12]金（Au），[13]氧化镁（MgO）[14]和氧化锌（ZnO）[15]已经显示出抗菌特性。磁性纳米颗粒，特别是超顺磁性氧化铁颗粒（SPION），也表现出有前景的杀菌作用。[16]然而，这些研究通常是针对浮游（自由浮动）细菌的生长。另一方面，持续感染通常归因于生物膜的形成，其为嵌入在细胞外的聚合物(EPS)基底上的表面菌群。[17]形成生物膜的细菌产生耐药性是因为抗菌剂不能渗透生物膜的最底部。此外，细菌代谢的变化可以改变他们的易感性。[9]生长缓慢或不生长的生物膜内的细胞可以终止他们的新陈代谢和对抗菌治疗产生耐药性。[17]而且，生物膜对纳米颗粒的摄入量的速度是缓慢，因为纳米颗粒不能渗透到生物膜的最底部。[18]生物膜的代谢微环境是至关重要的，可以触发并消除的代谢物在提高抗生素耐药性感染的临床症状的治疗中有很大潜力。[19]因此，整合纳米技术和生物膜形成细菌的代谢刺激方法的新的抗生物膜技术是非常必要的。 这里，不使用抗生素，我们整合了两种新的方法，即纳米技术和代谢刺激。我们描述一个简单的和低成本的双面的方法，它使用的是超顺磁性氧化铁颗粒（SPION）以及果糖代谢物。首先，我们证明了代谢刺激（即果糖）可以进一步增强SPION的摄取和功效，通过控制细胞外代谢微环境根除革兰氏阳性和革兰氏阴性菌（例如，大肠杆菌和铜绿假单胞菌），我们创建了一个新的纳米技术。这项工作建立了一个简单，广谱和低成本的抑制生物膜的战略，成为现有抗菌方法中一种新的治疗选择。 我们首先合成SPION，其结合FeCl3和ZnCl2的金属离子，分别简称为铁和锌的共轭SPION（图1a）。改善其在细胞培养基和生理液体的溶解性和分散性，SPION首先和二巯基琥珀酸（DMSA）螯合。[20]透射电子显微镜（TEM）分析表明，分散SPION合成9.92±3.14纳米的平均尺寸（图1b）。X射线衍射分析（XRD）也确定了类似的大小，8.65±0.24 nm（图S1，辅助信息）。另外，化学组成通过电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）的分析表明，SPION成功偶联金属盐（图1c）。增加的硫浓度（S 2-）表示，DMSA附着到非共轭SPION（UC）表面，铁（Fe3+），锌（Zn2+）浓度的增加表示，这些金属被缀合到SPION核心。此外，金属盐结合铁离子的浓度（Fe3+），锌（Zn2+）离子的浓度从1毫摩（分别表示为Fe1和的Zn1）增加至4毫摩（分别表示为Fe4和Zn4）。动态光散射（DLS）分析支持了这一结果，相对于非共轭SPION（19.93±1.31nm，n=5）其中锌共轭SPION也有类似的平均尺寸（18.17±1.34nm，n = 5），而铁共轭SPION尺寸较大（27.69±1.20nm，n= 5）。相比未偶联SPION（UC）的-35.5±3.55mv的电动电势，与锌结合的SPION的电动电势为-40.1±0.40mv，而与铁结合的SPION为-34.0±3.40mv（表1）。此外，与金属离子结合后的SPION磁特性（表1）被保留。未共轭SPION磁感应强度为58.625 emu/g，其对应于磁铁矿的磁矩（Fe3O4）的63.7％（92 emu/g）。另一方面，与铁和锌结合的SPION的磁感应强度较低，分别为23.875 emu/g和22.635emu/g。这种降低可能是