Near-infrared light triggered photodynamic and nitric oxide synergistic antibacterial nanocomposite membrane

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作者
Jing Sun,Yong Fan,Wei Ye,Limei Tian,Shichao Niu,Weihua Ming,Jie Zhao,Luquan Ren
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:417: 128049-128049 被引量:157
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.128049
摘要

As an emerging bactericidal strategy, photodynamic therapy (PDT) exhibits great potential to combat various pathogenic infections, but its antibacterial efficacy may be compromised, generally owing to its shallow penetrability of short-wavelength (UV/Vis) light as well as short diffusion length and lifespan of the generated reactive oxygen species (ROS). Herein, we present a method for developing a nitric oxide (NO)-assisted PDT nanocomposite membrane with significantly enhanced bactericidal performances, upon a single near-infrared (NIR) light irradiation. Hierarchically structured nanoparticles ([email protected]), composed of upconversion nanoparticles (UCNPs) and porphyrinic MOFs (PCN-224) are initially prepared. After being doped with l-arginine (LA), the nanoparticles are incorporated into polyvinylidene fluoride (PVDF) matrix to get electrospun nanocomposite membrane ([email protected]@LA-PVDF). Upon NIR light irradiation (980 nm), this [email protected]@LA-PVDF can generate sufficient ROS, which not only acts as main bactericidal agent in PDT but also induces the loaded LA to produce NO, eventually realizing the NO-assisted PDT antibacterial behavior. The generated NO exhibits a larger sterilization area as compared to that of the ROS, demonstrating a vital complementary advantage in facilitating PDT antibacterial efficacy as proven in vitro and in vivo tests. This type of nanocomposite membrane may find unique biomedical applications where both highly enhanced PDT antibacterial effects and deep penetration of NIR light are desired.
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