Nanohole-boosted electron transport between nanomaterials and bacteria as a concept for nano–bio interactions

生物膜 纳米材料 纳米技术 电子传输链 细菌 体内 微生物学 细胞外 化学 生物物理学 材料科学 细胞生物学 生物 生物化学 生物技术 遗传学
作者
Tonglei Shi,Xuan Hou,Shuqing Guo,Lei Zhang,Changhong Wei,Ting Peng,Xiangang Hu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1): 493-493 被引量:154
标识
DOI:10.1038/s41467-020-20547-9
摘要

Biofilms contribute to bacterial infection and drug resistance and are a serious threat to global human health. Antibacterial nanomaterials have attracted considerable attention, but the inhibition of biofilms remains a major challenge. Herein, we propose a nanohole-boosted electron transport (NBET) antibiofilm concept. Unlike known antibacterial mechanisms (e.g., reactive oxygen species production and cell membrane damage), nanoholes with atomic vacancies and biofilms serve as electronic donors and receptors, respectively, and thus boost the high electron transport capacity between nanomaterials and biofilms. Electron transport effectively destroys the critical components (proteins, intercellularly adhered polysaccharides and extracellular DNA) of biofilms, and the nanoholes also significantly downregulate the expression of genes related to biofilm formation. The anti-infection capacity is thoroughly verified both in vitro (human cells) and in vivo (rat ocular and mouse intestinal infection models), and the nanohole-enabled nanomaterials are found to be highly biocompatible. Importantly, compared with typical antibiotics, nanomaterials are nonresistant and thereby exhibit high potential for use in various applications. As a proof-of-principle demonstration, these findings hold promise for the use of NBET in treatments for pathogenic bacterial infection and antibiotic drug resistance.
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