生物膜相关感染是创面护理、植入物相关感染和慢性感染管理中的长期难题。由于胞外聚合物基质 (EPS) 的保护，生物膜中的微生物往往对常规抗菌策略表现出较强耐受。因此，如何通过材料设计削弱生物膜结构、调控其微环境，并提高其对机体防御机制或抗生素治疗的敏感性，已成为抗生物膜材料研究中的重要方向。
近期，Nanomaterials 编委John H. T. Luong教授在本刊发表综述，系统梳理了稀土氧化物 (REOs) 在生物膜调控中的作用机制，重点讨论了氧化铈的氧化还原调控特性，以及非铈稀土氧化物通过表面功能化、复合结构和界面设计实现抗生物膜作用的潜力。
点击下方链接，阅读英文原文。
https://www.mdpi.com/2079-4991/16/5/302
本期专访，我们邀请到John H. T. Luong教授，他分享了自己对稀土氧化物抗生物膜材料设计、机制研究及未来发展方向的看法，并从编委视角谈及 Nanomaterials 在支持材料科学、微生物学与生物医学应用交叉研究方面的作用。
受访人介绍
 |
John H. T. Luong 教授 爱尔兰科克大学
|
John H. T. Luong教授现为爱尔兰科克大学 (University College Cork) Walton Fellow，并担任该校访问教授。他曾任加拿大国家研究委员会首席 (杰出) 科学家，并曾在多所国际高校和科研机构担任高级学术职务，包括新加坡南洋理工大学生物医学工程教授兼系主任，以及郑州大学“千人计划”特聘教授。其研究长期关注纳米材料及其在生物传感、生物分析和生物医学相关体系中的应用，已发表论文400余篇、著作4部，并拥有8项美国专利。
访谈内容
Q 是什么促使您撰写这篇综述？您认为这一主题为何具有及时性？
生物膜仍是医学和创面护理中长期存在的难题之一，目前许多抗菌策略仍主要依赖传统杀菌方法，但这类方法在面对受基质保护的微生物群落时往往效果有限。稀土氧化物之所以受到关注，是因为它们与生物膜相互作用的方式与传统抗菌剂有显著不同：它们并不只是杀灭游离细菌，而是调控生物膜基质和微环境。近年来，该领域发展快速，但相关研究分散在材料科学、微生物学和催化等不同方向。
我撰写这篇综述的动机，是希望将这些研究结果整合为一个机制框架，阐明稀土氧化物如何发挥作用，以及如何对其进行理性设计。随着抗菌药物耐药性问题日益突出，以及非抗生素干预策略的需求持续增加，这一主题具有较强的现实意义。
Q 您在综述中将稀土氧化物称为“生物膜调控平台”，而不是传统意义上的杀菌剂。应如何理解这一差异？
多数抗菌剂通常根据其杀灭浮游态细菌的能力来评价，但生物膜的行为与游离细菌有很大不同。生物膜的耐受性主要来自EPS，这一基质既是物理屏障，也是化学屏障。稀土氧化物并不主要依赖杀菌作用，而是改变生物膜微环境，例如破坏EPS、结合胞外DNA、调控氧化还原平衡，并干扰群体感应信号。这些作用会削弱生物膜依赖的结构网络和信号交流网络，使其更具通透性，并更容易受到机体防御机制或抗生素治疗的作用。
这一差异很重要，因为它意味着材料设计思路需要从“更强杀菌”转向“更精准的结构干预”。这种策略更符合生物膜本身的功能特点。
Q 为什么氧化铈被视为稀土氧化物抗生物膜研究中的代表性材料？
氧化铈的突出特点在于Ce3+和Ce4+之间的可逆氧化还原循环，这使其能够根据局部环境动态清除或生成活性氧 (ROS)，从而调节生物膜中的氧化应激水平。这种适应性使CeO2能够在生物膜中以较受控的方式调节氧化应激。其表面氧空位也有助于其与EPS组分发生较强相互作用，尤其是胞外DNA和多糖。
此外，CeO2纳米颗粒具有较强的合成可调性，可以对尺寸、形貌、掺杂和表面化学进行较精确的控制。与其他稀土氧化物相比，氧化铈相关的生物学研究积累更为充分，因此其作用机制也更清晰。正是这些因素，使CeO2成为评价其他稀土氧化物体系时的重要参考。
Q 对于非铈稀土氧化物，目前主要还有哪些研究空白？
非铈稀土氧化物，如钐、镧、镨和钕氧化物，目前仍研究不足，这主要是因为其生物学性质尚未得到充分表征，合成过程也缺乏标准化。主要研究空白包括：其一，缺乏将表面化学与生物膜响应联系起来的机制研究；其二，对于这些材料的氧化还原行为与氧化铈相比有何异同，目前了解仍然有限；其三，缺乏在相同实验条件下对不同稀土氧化物进行系统比较的研究。
另一个挑战是，许多研究仍集中于浮游态细菌实验，而这类实验无法充分反映决定稀土氧化物性能的基质层面相互作用。要解决这些问题，需要材料科学和微生物学领域开展更紧密的协作。
Q 在实现稀土氧化物材料的可预测设计方面，您认为最关键的原则是什么？
最关键的设计原则是控制表面化学和缺陷结构，尤其是氧空位和稀土元素的价态。这些因素决定了材料的氧化还原活性、配体结合能力，以及其与EPS组分之间的相互作用。如果缺乏精确控制，稀土氧化物的行为会变得高度可变，也难以预测。
因此，标准化合成方法、掺杂策略和表面功能化过程，将使研究者能够有目的地调控稀土氧化物的性质，而不是依赖经验筛选。另一个重要原则是将稀土氧化物整合到杂化或复合平台中，例如水凝胶、涂层或聚合物基质，使其活性能够在局部环境中得到调控，并与其他机制产生协同作用。
Q 您如何看待 Nanomaterials 期刊在支持这一领域跨学科研究方面的作用？
Nanomaterials 收录的研究覆盖材料科学、微生物学、生物学和生物医学工程等多个方向，有助于连接相关领域的研究者。期刊可以通过鼓励超越简单抗菌实验的机制研究，以及推动纳米材料—生物膜相互作用的标准化表征，在这一领域发挥重要作用。
我尤其期待看到将先进材料设计与生物学验证相结合的投稿，包括原位成像、组学分析和临床相关模型等。随着该领域向多功能、自适应材料方向发展，Nanomaterials 可以为跨学科团队提供交流平台，展示兼具科学严谨性和潜在应用价值的研究成果。
最后，感谢 John H. T. Luong教授接受编辑部的采访。我们期待未来与Luong教授及更多学者持续关注稀土氧化物、生物膜调控和抗感染纳米材料等方向的研究进展，促进材料科学、微生物学与生物医学应用之间的跨学科交流。
除本次综述外，Luong教授近年来也在 Nanomaterials 发表了多篇论文。感兴趣的读者可进一步阅读以下文章。
Cu4SnS4-Functionalized Absorbent Pads-Derived Carbon as a Bifunctional Electrode for Supercapacitors and Hydrogen Evolution Reaction
以Cu4SnS4功能化吸收垫衍生碳构建超级电容器与析氢反应双功能电极
点击下方链接，阅读英文原文。
https://www.mdpi.com/2079-4991/16/12/773
Rare-Earth Oxide Nanoparticles: A New Weapon Against Multidrug-Resistant Pathogens with Potential Wound Healing Treatment
稀土氧化物纳米颗粒：应对多重耐药病原体并用于潜在创面愈合治疗的新策略
点击下方链接，阅读英文原文。
https://www.mdpi.com/2079-4991/15/24/1862
Cellulose Nanocrystals (CNC)-Based Functional Materials for Supercapacitor Applications
基于纤维素纳米晶 (CNC) 的超级电容器功能材料
点击下方链接，阅读英文原文。
https://www.mdpi.com/2079-4991/12/11/1828
Nanomaterials 期刊介绍
主编： Eugenia Valsami-Jones, University of Birmingham, UK
期刊主题涵盖纳米材料 (纳米粒子、薄膜、涂层、有机/无机纳米复合材料、量子点、石墨烯、碳纳米管等)、纳米技术 (合成、表征、模拟等) 以及纳米材料在各个领域的应用 (生物医药、能源、环境、电子信息等)。
| 2025 Impact Factor |
4.8 (JCR Q2*) |
| 2025 CiteScore |
10.3 (Scopus Q1*) |
|
Time to First Decision |
12.5 Days |
|
Acceptance to Publication |
2.7 Days |
* JCR Q2 at "Physics, Applied", "Chemistry, Multidisciplinary", "Materials Science, Multidisciplinary" and "Nanoscience and Nanotechnology" categories
* Scopus Q1 at "General Chemical Engineering" and "General Materials Science" categories
点击下方链接，订阅 Nanomaterials 期刊最新资讯。