背景:根据统计,截止到2017年,全球超过34.7亿人患有口腔疾病,成为了全球最常见的三种疾病之一。在口腔疾病中,最常见的就是龋齿和牙龈炎,虽然造成龋齿和牙龈炎的原因与多方面有关,但是究其根本,最主要是由于致病菌的存在。变异链球菌(Streptococcusmutans)是龋齿发展过程中的关键细菌之一,在口腔环境中,变异链球菌被包裹在由核酸、蛋白质、多糖形成的生物膜中,消耗营养物质并产酸,形成牙菌斑组织,最终导致牙齿的龋坏和牙周疾病的生成。当变异链球菌形成了致龋性生物膜后会变得很难清除,致密的生物膜结构可以帮助细菌抵抗抗生素和杀菌剂的作用。因此在预防和治疗口腔龋齿及牙龈炎类疾病时,首要思考的问题就是如何清除已经形成了的口腔生物膜。根据报道,目前在临床上,对于口腔龋齿的常用防治措施有:(1)利用天然酶如葡聚糖降解生物膜中的多糖,瓦解牙菌斑组织;(2)机械刮除牙菌斑和牙结石,并辅助以抗生素、过氧化氢和充填物一起治疗。但是这些方案在实际应用的过程中都有一些缺陷。比如天然酶对保存环境的要求较高,稳定性差,并且价格昂贵,当前还难以推广;刮治配合抗生素或过氧化氢对于牙菌斑的清除效果最好,但是抗生素是不适合长期反复使用的;过氧化氢在临床中使用的一般浓度为3%,长期使用高浓度(3%-8%)的过氧化氢有可能会造成人体细胞的氧化应激反应,导致细胞死亡和血管痉挛等不良后果,因此开发新的口腔龋齿的防治方法就显得尤为重要。本文构建了铁基纳米酶与能产生内源性过氧化氢的戈登链球菌(Streptococcus gordonii)的联合疗法,铁基纳米酶由于体积较小可以深入到生物膜组织缝隙,本身具有一定的抑菌作用同时高效催化戈登链球菌产生的过氧化氢,提高过氧化氢在短时间的抑菌效率,有效的杀死变异链球菌并瓦解生物膜,预防口腔龋齿的发生。所用的铁基纳米酶包括氧化铁纳米酶(IONzymes)以及从黄连等中药中提取的盐酸黄连素(Berberine hydrochloride)修饰的氧化铁纳米酶(盐酸黄连素修饰的氧化铁纳米酶,IBNzymes)。针对龋齿的防治,我们采用氧化铁纳米酶或盐酸黄连素修饰的氧化铁纳米酶协同可以持续产生过氧化氢的戈登链球菌进行治疗,从生物膜内部进行瓦解,有效抑制牙菌斑的生长。这两种针对性的治疗方式,可以有效的抑制口腔内牙菌斑的形成和增殖,并且对于致龋菌——变异链球菌具有十分显著的清除效果。在人类牙齿切片上的模拟实验也表明,这两种疗法对龋齿性生物膜都具有十分理想的治疗效果。目的:在生活水平日益提高的今天,口腔卫生保健也受到了越来越多人的重视,因此有效低廉、并且具有针对性的口腔疾病防治疗法具有非常大的实用意义。本论文讨论了口腔龋齿发病和治疗特点并提出了两种针对性疗法。采用水热法合成了氧化铁纳米酶和盐酸黄连素修饰的氧化铁纳米酶,这两种纳米酶都具有良好的催化效果,并且能够与生物膜高效结合,在过氧化氢的存在条件下可以快速稳定的发挥催化作用,提高过氧化氢的抑菌效率,促使活性氧在短时间内的大量释放,协助戈登链球菌瓦解细菌生物膜,杀死造成龋变主要细菌之一——变异链球菌。这两种针对性疗法都可以有效的对抗龋齿性生物膜,消除牙菌斑,从而达到防治龋齿的效果,为纳米酶应用于口腔治疗提供了新的思路和方法。方法:第一章氧化铁纳米酶协同戈登链球菌清除口腔龋齿生物膜的研究龋齿在口腔中极易形成且具有高发性,因此我们在设计治疗方案时,利用了口腔内原生菌群生长特点,设计了一套可持续治疗的长期疗法。本章选取人源性口腔戈登链球菌(Streptococcus gordonii DL1)与致龋性变异链球菌(Streptococcus mutans UA159)构建了一种混合生物膜模型。戈登链球菌作为口腔中的原生菌,无致病性,并且可以源源不断的产生过氧化氢,调节口腔当中的菌群平衡。我们在变异链球菌(S.mutans)形成生物膜的过程中添加戈登链球菌(S.gordonii成功构建了双菌种混合生物膜,并且在后续治疗过程中将S.gordonii作为治疗剂持续添加。采用水热法合成了氧化铁纳米酶(IONzymes),将IONzymes与具有持续产生过氧化氢能力的S.gordonii相结合,加快S.gordonii对生物膜结构的调节重组,破坏S.mutans形成的致龋性生物膜,最终达到清除牙菌斑,预防龋齿的目的。第二章盐酸黄连素修饰的氧化铁纳米酶协同戈登链球菌高效清除口腔龋齿生物膜的研究为了达到一个更好的治疗效果,我们使用中药来源的盐酸黄连素对IONzymes进行了修饰和改性。黄连素作为一种长期应用的中药,已被证明在口腔治疗的过程中具有良好的协同治疗效果。我们采用水热法将不同浓度的盐酸黄连素修饰在IONzymes上,期望得到一种酶活更高、催化能力更强的铁基纳米酶。随后通过透射电子显微镜和扫描电子显微镜对盐酸黄连素修饰的氧化铁纳米酶(IBNzymes)进行表征,详细测定了IBNzymes的粒径、形貌、组成以及类酶活性。在人类牙齿切片上建立由S.mutans和S.gordonii组成的混合生物膜,利用IBNzymes超强的过氧化物酶活特性催化S.gordonii产生的内源性过氧化氢产生大量的活性氧,强力清除已经发育成熟的致龋性生物膜,并通过涂板、干重检测、双光子扫描电镜评价该疗法的治疗效果。结果:第一章:本章成功构建了一种全新的口腔双菌种模型,从S.mutans形成的致龋性生物膜内部突破,利用S.gordonii产生的内源性过氧化氢,发挥IONzymes的催化活性,在生物膜内外部同时产生大量的活性氧自由基,导致细菌内部的氧化应激失调,达到抑制致龋菌生长和清除生物膜的双重目的。第二章:中药来源的盐酸黄连素成功的修饰在IONzymes上,合成了一类性能更佳的中药纳米酶。由于在合成时添加的盐酸黄连素的剂量的不同,本章所制得的IBNzymes分为三种不同的形貌。检测发现,0.1 g盐酸黄连素修饰的氧化铁纳米酶呈球形,催化活性一般;0.5 g盐酸黄连素修饰的氧化铁纳米酶为片状球形颗粒混合物,催化效果较强;1.0 g盐酸黄连素修饰的氧化铁纳米酶(Ber1.0-IONzymes)为完全的片状结构,具有非常强的催化能力。最终我们选用了催化活性最高的Ber1.0-IONzymes用于后续实验研究。在后续实验过程中,我们将Ber1.0-IONzymes应用于前述建立的混合生物膜模型中,协同S.gordonii治疗S.mutans形成的致龋性生物膜。实验发现S.gordonii配合0.5 mgmL-1的Ber1.0-IONzymes能够比IONzymes发挥更好的生物膜清除效果,在生物膜形成后,一天两次给药的情况下,Ber1.0-IONzymes参与的协同疗法可以在43h内抑制生物膜中变异链球菌的增殖,并且强力清除生物膜,使干重降低85%以上,具有治疗时间短,见效快,治疗效果稳定保持的特点。