Manipulation of Surface Electrical Charge on Nanocomposite Membranes Confers Wide Spectrum Bactericidal Effects and Promotes Tissue Regeneration

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作者
Jia Song,Yanhui Lu,Ting Pan,Jianfeng Wang,Ziqi Liu,Lei Xu,Siqi Zhang,Yiping Li,Yunyang Bai,Boon Chin Heng,Xiaona Zheng,Haoyan Wu,Xiaoyu Han,Yusi Guo,Qun Cui,Xuliang Deng,Xuehui Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (22) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/adfm.202314024
摘要

Abstract Utilization of electro‐responsive biomaterials with antibacterial properties is advantageous for facilitating septic wound healing and tissue regeneration. However, the dose‐response effects of electrical stimuli from these materials against bacteria are not rigorously characterized, and achieving synergy of bactericidal and pro‐regenerative effects of biomaterials remains a major challenge. Here, a graded series of flexible BaTiO 3 /P(VDF‐TrFE) electroactive nanocomposite membranes (EMs) are developed with varying surface charge intensities, to serve as antibacterial dressing for septic wound healing. EMs display broad‐spectrum antibacterial effects against both Gram‐positive and Gram‐negative bacteria in a dose‐dependent manner, depending on the magnitude of their surface electrical potential. Mechanistically, the surface charge of EMs increase intracellular levels of reactive oxygen species within bacteria cells, which in turn caused oxidative damage to the bacterial membrane, thereby suppressing bacterial activity and biofilm formation. Moreover, in vivo studies demonstrated that EMs effectively inhibited S. aureus infection and accelerated wound healing in a mouse skin defect model, as well as ameliorated P. gingivalis‐ mediated periodontal inflammation in a mouse periodontitis model. Hence, this study optimizes the antibacterial properties of electroactive materials and characterizes the dose‐response effects of surface electrical charge against bacteria, thus validating the therapeutic applications of electroactive biomaterials in combating bacterial infection.
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