One‐End‐Opened Yolk–Shell Copper Single‐Atom Microrobots for Enhanced Penetration and Eradication of Bacterial Biofilms

材料科学 渗透(战争) 铜 生物膜 纳米技术 壳体(结构) 蛋黄 冶金 复合材料 细菌 生物 生态学 工程类 运筹学 遗传学
作者
Zhipeng Guo,Yihang Li,Wei Wei,Ruirui Hou,Chuang Shen,Wenwei Duan,Minhao Li,Ang Wei
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (37) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adfm.202503970
摘要

Abstract Single‐atom catalysts (SACs) hold remarkable potential for antibacterial and multidrug‐resistant Staphylococcus aureus (MRSA) biofilm eradication, but passive diffusion often restricts their effectiveness. In contrast, microrobots can harness various energy sources for highly autonomous movement. Herein, a one‐end‐opened yolk–shell microrobot with Cu single atoms anchored on carbon nitride (Y‐CuSA/CN) is designed to enhance MRSA biofilm penetration and antibacterial effects. The Y‐CuSA/CN microrobot achieves single‐atom‐driven diffusion propulsion by generating an H 2 O 2 gradient via a Fenton‐like reaction. Furthermore, UV‐LED light (365 nm) excitation produces photogenerated electrons, which promotes the valence cycling of Cu single‐atom and reacts with H 2 O 2 , thereby further boosting the microrobot's mobility and catalytic activity. The Y‐CuSA/CN microrobot exhibits vigorous autonomous movement with a velocity of 17.2 µm s −1 and a diffusion rate of 7.2 µm 2 s −1 , significantly enhancing its penetration into MRSA bacterial biofilms. During the Y‐CuSA/CN microrobot's motion, reactive oxygen species (·OH, ·O 2 − , and 1 O 2 ) are released via catalytic oxidation. In vitro and in vivo experiments demonstrate that the Y‐CuSA/CN microrobot effectively eradicates biofilms and significantly promotes wound healing in infected mice. This study presents an efficient strategy for eradicating MRSA biofilm and highlights the potential of SACs in developing advanced microrobots for biomedical applications.
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