Defect-Boosted Piezoelectric and Nanozymatic Synergetic Catalysis for Deep Bacterial Abscess Therapy

催化作用 压电 材料科学 纳米技术 脓肿 医学 化学 外科 复合材料 有机化学
作者
Chao Peng,Wenting Wu,Huixiang Huo,Jing Li,Erkang Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (23): 21830-21843 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c05806
摘要

Piezocatalytic therapy, distinguished by its superior tissue penetration under ultrasound activation and its low dependence on the oxygen concentration for generating multiple reactive oxygen species (ROS), has emerged as a promising strategy for deep abscess treatment. However, its efficacy remains constrained by a suboptimal bandgap, weak piezoelectric responses, and inadequate surface-active sites. To address these limitations, a facile Ru-atom doping strategy is first proposed using the Bi4O5Br2-based nanosystem (Bi4O5Br2@Ru) to tailor the bandgap and boost the piezo- and enzyme-like catalysis. The Ru dopants induce lattice distortions and elevate oxygen vacancies simultaneously, thereby enhancing piezoelectric responses while conferring peroxidase (POD)- and catalase (CAT)-like enzymatic activities. Under ultrasound excitation, the piezoelectric field optimizes the conduction band alignment of Bi4O5Br2@Ru, enhancing its POD-like activity to generate multiple ROS including ·OH, 1O2, and ·O2-. The mixed Ru (III/IV) valence states in Bi4O5Br2@Ru induce glutathione depletion, thereby further enhancing the oxidative stress capacity to combat biofilms. The enhanced CAT-like activity further alleviates hypoxia within biofilm microenvironments. RNA transcriptomic analysis confirms that Bi4O5Br2@Ru disrupts energy metabolism by interfering with the tricarboxylic acid cycle. The dual-modality therapy leverages doping engineering to seamlessly combine piezoelectric properties with enzyme-like catalytic functions, offering a highly promising therapeutic strategy for the treatment of deep-seated infectious diseases.
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