Copper/Carbon Hybrid Nanozyme: Tuning Catalytic Activity by the Copper State for Antibacterial Therapy

催化作用 碳纤维 抗菌活性 化学 超氧化物歧化酶 材料科学 细菌 生物化学 有机化学 生物 遗传学 复合数 复合材料
作者
Juqun Xi,Gen Wei,Lanfang An,Zhuobin Xu,Zhaoyi Xu,Lei Fan,Lizeng Gao
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:19 (11): 7645-7654 被引量:266
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02242
摘要

Metal–carbon hybrid materials have shown promise as potential enzyme mimetics for antibacterial therapy; however, the effects of metal states and corresponding antibacterial mechanisms are largely unknown. Here, two kinds of copper/carbon nanozymes were designed, with tuned copper states from Cu0 to Cu2+. Results revealed that the copper/carbon nanozymes exhibited copper state-dependent peroxidase-, catalase-, and superoxide dismutase-like activities. Furthermore, the antibacterial activities were also primarily determined by the copper state. The different antibacterial mechanisms of these two copper/carbon nanozymes were also proposed. For the CuO-modified copper/carbon nanozymes, the released Cu2+ caused membrane damage, lipid peroxidation, and DNA degradation of Gram-negative bacteria, whereas, for Cu-modified copper/carbon nanozymes, the generation of reactive oxygen species (ROS) via peroxidase-like catalytic reactions was the determining factor against both Gram-positive and Gram-negative bacteria. Lastly, we established two bacterially infected animal models, i.e., bacteria-infected enteritis and wound healing, to confirm the antibacterial ability of the copper/carbon nanozymes. Our findings provide a deeper understanding of metal state-dependent enzyme-like and antibacterial activities and highlight a new approach for designing novel and selective antibacterial therapies based on metal–carbon nanozymes.
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