High-Entropy Alloy/Zinc Sulfide Heterojunction-Based Hydrogel for Eliminating Bacteria and Stimulating Osteoblast Response

合金 材料科学 硫化锌 锌 成骨细胞 细菌 硫化物 冶金 异质结 化学工程 化学 光电子学 生物化学 生物 体外 工程类 遗传学
作者
Yeqian Lin,Qin Zhang,Shangyu Xie,Anqi Song,Xiaowen Xi,Yong Dai,Jie Wei,Jun Zhao
出处
期刊:ACS Biomaterials Science & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (5): 2958-2973 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsbiomaterials.5c00294
摘要

Integration of a high-entropy alloy (HEA) with nanozyme activity and a piezoelectric material with piezoelectricity is a promising strategy to develop a novel biofunctional material for the repair of infectious bone defects. Herein, a heterojunction of HEA (FeMnMoRuIr) and zinc sulfide (ZnS) (HEA@ZnS) is synthesized that exhibits enhanced piezoelectricity and nanozyme activities. Moreover, a piezoelectric hydrogel containing zein, sodium alginate, and HEA@ZnS (ZeAHZ) with antibacterial properties and pro-osteogenic capability is fabricated. Under acidic conditions, triggered by ultrasound, the piezoelectric effect of ZeAHZ enhances peroxidase-like activity and sonodynamic efficiency that produces a large amount of reactive oxygen species (ROS, ·O 2 – and ·OH) for collaboratively eliminating bacteria. Moreover, the superoxide-like activity and piezoelectric effect-enhanced catalase-like activity of ZeAHZ scavenge ROS (·O 2 – and H 2 O 2 ) and produce oxygen due to the cascade reaction, which provides a favorable microenvironment for cell growth. Further, the piezoelectric effect of ZeAHZ generates electrical stimulation that significantly promotes osteoblast proliferation and differentiation. This study opens up a new path for designing a biomaterial with the capability of production/elimination of ROS and pro-osteogenesis by electrical stimulation, and ZeAHZ has great potential for accelerating bone regeneration.
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