综述：纳米材料通过调节细菌胞外电子传输和离子通道，成为细菌生物膜的电化学调控剂

《Journal of Nanobiotechnology》：Nanomaterials as electrochemical regulators of bacterial biofilms through the modulation of extracellular electron transport and ion channels

细菌生物膜通过电化学通讯网络协调代谢与集体行为，纳米材料作为新型调控剂影响红ox电子传递和离子通道信号，综述其机制、应用及影响因素，指出未来需突破的关键挑战。

　　

摘要

细菌生物膜利用复杂的电化学通信网络来协调代谢活动和集体行为，这些网络主要通过细胞外电子转移（EET）和离子通道依赖的信号传导来实现。纳米技术的最新进展揭示了纳米材料作为这些电化学网络新型调节剂的潜力。本综述系统地探讨了纳米材料调节生物膜中电化学通信的机制，重点关注两条主要途径：（1）氧化还原驱动的电子转移；（2）离子通道介导的信号转导。此外，本文还总结了生物膜电化学的应用领域，包括能量收集、抗生物膜治疗、农业实践以及合成生物系统，从而强调了纳米材料介导的电化学调控的转化潜力。最后，本文分析了影响这些相互作用的关键因素，包括纳米材料的物理化学性质（成分、表面电荷、尺寸等）、生物膜结构的异质性（例如细菌种类）以及环境变量（pH值、温度、光照等）。新兴证据表明，纳米材料可以通过调控菌种间的电化学对话来编程多物种生物膜结构并实现微生物群体的动态调节。然而，仍存在一些关键挑战，如识别关键分子参与者、阐明动态调控机制以及优化纳米材料性能。未来的研究方向包括解码电化学信号代码、深入理解宿主-微生物间的电化学对话，以及利用生物膜的“电智能”开发下一代生物技术。总体而言，本综述为推进生物膜电化学通信的研究及其在健康、能源和环境领域的可持续应用提供了新的视角。