超声波激活的压电热载流子触发串联催化协同铜致细菌死亡以对抗植入物感染思维导图

本文提出了一种多功能纳米反应器，通过空间时间超声驱动串联催化放大声动力疗法和化学动力疗法的效果；

结合了压电钛酸钡、聚多巴胺和铜，超声激活的压电热载流子容易转移到铜上；

提升了活性氧自由基的产生，并促进了Cu2+和Cu+之间的转化，从而通过化学动力反应生成羟基自由基；

高水平的活性氧导致细菌膜结构松弛和DNA损伤，促进细菌死亡。

智能涂层的发展，能够识别并破坏植入物表面生物膜的形成或被远程激活以按需提供抗菌效果，对于有效解决植入物相关感染（IAIs）具有巨大潜力；

响应外部刺激（如微波和超声波）且具有高组织穿透性和生物安全性的纳米材料已被广泛用于抗菌治疗；

压电纳米材料通过超声波激发产生的压电势可以诱导催化行为并生成活性氧物种（ROS），但热载流子寿命短暂限制了催化效率；

通过结合声动力疗法（SDT）与化学动力疗法（CDT），可以显著提高ROS生成，铜基过渡金属催化剂（TMCs）通过Cu+ 和 Cu2+ 的价态转换显示出有效的CDT效果；

铜离子积累可以直接结合三羧酸循环（TCA）途径中的脂酰化成分，导致肿瘤细胞的铜毒性死亡，类似机制可能适用于细菌死亡；

然而，当前Cu基TMCs存在容易氧化和耗尽的问题，一些细菌也发展出抵抗铜积累的策略；

因此，开发Cu基TMCs以通过SDT和CDT的协同作用产生大量ROS，改变细菌膜流动性和渗透性，有助于细菌铜过载及代谢干扰；

尽管如此，Cu离子的剂量依赖性抗菌性能和细胞毒性仍需进一步探索；

串联催化通过TMCs介导的化学转化，在活细胞中快速选择性地合成治疗分子，有望实现顺序催化过程并达到协同治疗效果。

设计并制备了CpBT纳米反应器，利用超声波激活压电热载流子，实现Cu2+到Cu+的价态转换；

通过实验验证了超声波激活下SDT和CDT的性能，包括甲基蓝降解实验、单线态氧生成实验等；

进行了详细的机制研究，包括量子传输特性设备的设计、电子密度差异计算等；

在体外和体内测试了PEKK骨支架的抗菌活性以及骨再生能力。

使用亚甲蓝（MB）评估超声波激活的SDT和CDT性能，结果显示随着时间推移和CpBT含量增加，CpBT逐渐在超声波刺激下降解MB；

显著地，CpBT + H2O2 + 超声波进一步增强了MB的降解，而无超声波刺激时效果较差，突显了超声波介导的SDT和CDT在提高羟基自由基生成方面的重要性；

此外，通过荧光单线态氧传感器绿色探针（SOSG）验证了1O2的产生情况，结果显示在超声波刺激下CpBT显著增加了1O2的生成。

提出了超声波激活的串联催化方法，实现了高效抗菌效果；

该研究提供了一种新的策略来设计具有高效抗菌和骨再生能力的多功能骨植入物；

在体内外均表现出优异的抗菌性能和骨再生能力；

研究涵盖了从材料合成到体内应用的全过程，工作量较大。