Dual elemental doping activated signaling pathway of angiogenesis and defective heterojunction engineering for effective therapy of MRSA-infected wounds

兴奋剂 材料科学 异质结 单线态氧 石墨氮化碳 光电子学 化学 光催化 氧气 催化作用 生物化学 有机化学
作者
Jin Huang,Shuilin Wu,Yi Wang,Jie Shen,Chaofeng Wang,Yufeng Zheng,Paul K. Chu,Xiangmei Liu
出处
期刊:Bioactive Materials [Elsevier BV]
卷期号:37: 14-29 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.bioactmat.2024.03.011
摘要

Multi-drug resistant bacterial infections pose a significant threat to human health. Thus, the development of effective bactericidal strategies is a pressing concern. In this study, a ternary heterostructure (Zn–CN/P-GO/BiS) comprised of Zn-doped graphite phase carbon nitride (g-C3N4), phosphorous-doped graphene oxide (GO) and bismuth sulphide (Bi2S3) is constructed for efficiently treating methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA)-infected wound. Zn doping-induced defect sites in g-C3N4 results in a reduced band gap (ΔE) and a smaller energy gap (ΔEST) between the singlet state S1 and triplet state T1, which favours two-photon excitation and accelerates electron transfer. Furthermore, the formation of an internal electric field at the ternary heterogeneous interface optimizes the charge transfer pathway, inhibits the recombination of electron-hole pairs, improves the photodynamic effect of g-C3N4, and enhances its catalytic performance. Therefore, the Zn–CN/P-GO/BiS significantly augments the production of reactive oxygen species and heat under 808 nm NIR (0.67 W cm−2) irradiation, leading to the elimination of 99.60% ± 0.07% MRSA within 20 min. Additionally, the release of essential trace elements (Zn and P) promotes wound healing by activating hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) and peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR) signaling pathways. This work provides unique insight into the rapid antibacterial applications of trace element doping and two-photon excitation.

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