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搅动可以杀菌:高性能复合压电纳米晶体在口腔杀菌方面显示应用前景

2021-07-09 20:10:07 · 来源:山东大学口腔医学院 · 浏览: · 加入收藏

  近日,山东大学口腔医学院李建华、葛少华教授团队与晶体材料国家重点实验室刘宏教授团队合作,在高性能复合压电纳米晶体催化杀菌方面取得重要进展,相关研究成果以“Low Frequency Hydromechanics-Driven Generation of Superoxide Radicals via Optimized Piezotronic Effect for Water Disinfection”为题在国际权威期刊Nano Energy(IF= 17.881)上发表。山东大学为第一单位,李建华教授、葛少华教授和刘宏教授为共同通讯作者,口腔医学院2019级硕士研究生刘小艺为第一作者。

  

搅动可以杀菌:高性能复合压电纳米晶体在口腔杀菌方面显示应用前景(图1)


  自然界和体内存在大量水流体,是细菌、病毒等微生物繁殖的绝佳媒介。“病从口入”,含有致病微生物的水可以通过口腔感染人体引起疾病,人的口腔中亦含有大量的细菌,一些口腔细菌不仅会引起龋病、牙周炎症等口腔疾病,而且口腔细菌感染也和全身性系统疾病的发生发展息息相关。研究水介质中的有效细菌杀灭对感染性疾病的防治意义重大。

  

  压电催化是利用压电材料捕获机械能来驱动表面催化化学反应,压电催化产生活性氧成分(ROS)可以杀灭细菌和降解有机物。目前压电催化材料由于电子-空穴复合导致催化效率较低,大多需要高频高能的超声波来引发催化,限制其实际应用。在该项研究中,团队首次利用原位压电还原沉积金属的方法合理设计了一种具有压电/金属异质结构的BTO@Au压电催化剂。研究发现,BTO@Au可以有效地捕获低频机械力(机械搅拌或生物振动),通过合理设计的异质结构促进压电电荷分离来提高压电催化效率。相比于传统超声诱导的压电催化,此项研究利用普遍存在的低频机械能即可达到良好的压电催化效果。该研究提出的策略可以很容易把人体运动、风/水流动或日常使用牙刷、搅拌器等产生的机械振动利用起来形成个人或便携式杀菌系统。同时,使用复合压电纳米晶体压电催化杀菌也为口腔菌斑控制、生物膜感染等临床场景应用提供了新思路。

  

  近年来,口腔医学院高度重视学科交叉融合,主动对接国家战略需求,充分利用学校学科门类齐全优势,大力推进“口腔+X”团队攻关,取得了一系列成果。李建华、葛少华教授生物材料交叉研究团队致力于功能材料在口腔基础医学领域的基础和应用研究,与刘宏教授团队有着长期的深度合作,交叉融合研究成效已开始彰显,团队合作在压电、铁电功能材料的生物应用方向的综述文章也于近期上线(Advanced Science 2021, 8, 2003074;IF:16.806)。

  

  上述研究得到了齐鲁青年学者、国家自然科学基金、泰山学者、荣祥基金、山东省生物诊疗技术与装备协同创新中心等基金的支持。

  

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