Copper single-atom catalysts with photothermal performance and enhanced nanozyme activity for bacteria‐infected wound therapy

光热治疗 催化作用 铜 化学 细菌 Atom(片上系统) 材料科学 光热效应 纳米技术 冶金 生物 计算机科学 生物化学 遗传学 嵌入式系统
作者
Xianwen Wang,Qianqian Shi,Zhengbao Zha,Dongdong Zhu,Lirong Zheng,Luoxiang Shi,Xianwen Wei,Lian Lian,Konglin Wu,Liang Cheng
出处
期刊:Bioactive Materials [Elsevier BV]
卷期号:6 (12): 4389-4401 被引量:372
标识
DOI:10.1016/j.bioactmat.2021.04.024
摘要

Nanozymes have become a new generation of antibiotics with exciting broad-spectrum antibacterial properties and negligible biological toxicity. However, their inherent low catalytic activity limits their antibacterial properties. Herein, Cu single-atom sites/N doped porous carbon (Cu SASs/NPC) is successfully constructed for photothermal-catalytic antibacterial treatment by a pyrolysis-etching-adsorption-pyrolysis (PEAP) strategy. Cu SASs/NPC have stronger peroxidase-like catalytic activity, glutathione (GSH)-depleting function, and photothermal property compared with non-Cu-doped NPC, indicating that Cu doping significantly improves the catalytic performance of nanozymes. Cu SASs/NPC can effectively induce peroxidase-like activity in the presence of H2O2, thereby generating a large amount of hydroxyl radicals (•OH), which have a certain killing effect on bacteria and make bacteria more susceptible to temperature. The introduction of near-infrared (NIR) light can generate hyperthermia to fight bacteria, and enhance the peroxidase-like catalytic activity, thereby generating additional •OH to destroy bacteria. Interestingly, Cu SASs/NPC can act as GSH peroxidase (GSH-Px)-like nanozymes, which can deplete GSH in bacteria, thereby significantly improving the sterilization effect. PTT-catalytic synergistic antibacterial strategy produces almost 100% antibacterial efficiency against Escherichia coli (E. coli) and methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). In vivo experiments show a better PTT-catalytic synergistic therapeutic performance on MRSA-infected mouse wounds. Overall, our work highlights the wide antibacterial and anti-infective bio-applications of Cu single-atom-containing catalysts.
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