Polydopamine-Coated Copper-Doped Co3O4 Nanosheets Rich in Oxygen Vacancy on Titanium and Multimodal Synergistic Antibacterial Study

生物相容性 材料科学 活性氧 抗菌活性 灭菌(经济) 细菌 涂层 氧气 核化学 纳米技术 冶金 化学 生物化学 有机化学 生物 经济 货币经济学 外汇市场 遗传学 外汇
作者
Jinteng Qi,Miao Yu,Yi Liu,Junting Zhang,Xinyi Li,Zhuo Ma,Tiedong Sun,Shaoqin Liu,Yunfeng Qiu
出处
期刊:Materials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:17 (9): 2019-2019 被引量:1
标识
DOI:10.3390/ma17092019
摘要

Medical titanium-based (Ti-based) implants in the human body are prone to infection by pathogenic bacteria, leading to implantation failure. Constructing antibacterial nanocoatings on Ti-based implants is one of the most effective strategies to solve bacterial contamination. However, single antibacterial function was not sufficient to efficiently kill bacteria, and it is necessary to develop multifunctional antibacterial methods. This study modifies medical Ti foils with Cu-doped Co3O4 rich in oxygen vacancies, and improves their biocompatibility by polydopamine (PDA/Cu-Ov-Co3O4). Under near-infrared (NIR) irradiation, nanocoatings can generate •OH and 1O2 due to Cu+ Fenton-like activity and a photodynamic effect of Cu-Ov-Co3O4, and the total reactive oxygen species (ROS) content inside bacteria significantly increases, causing oxidative stress of bacteria. Further experiments prove that the photothermal process enhances the bacterial membrane permeability, allowing the invasion of ROS and metal ions, as well as the protein leakage. Moreover, PDA/Cu-Ov-Co3O4 can downregulate ATP levels and further reduce bacterial metabolic activity after irradiation. This coating exhibits sterilization ability against both Escherichia coli and Staphylococcus aureus with an antibacterial rate of ca. 100%, significantly higher than that of bare medical Ti foils (ca. 0%). Therefore, multifunctional synergistic antibacterial nanocoating will be a promising strategy for preventing bacterial contamination on medical Ti-based implants.

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