Sonodynamic Bacterial Inactivation Enhanced by an Actuator‐Integrated Mechanism

声动力疗法 材料科学 卟啉 生物物理学 活性氧 执行机构 抗菌活性 纳米技术 细菌 化学 光化学 生物化学 生物 计算机科学 遗传学 人工智能
作者
Xiang Sun,Mengshi Wei,Xin Pang,Lin Lin,Qiang Gao,Lichao Su,Ting Liu,Youliang Yao,Jibin Song,Wei Wang,Xiaohui Yan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (30) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adfm.202214619
摘要

Abstract Sonodynamic bacterial inactivation, a reactive oxygen species (ROS)‐empowered approach featuring high penetration depth and low health risk, is explored for antibiotic‐free antibacterial treatment. However, the low yield and insufficient diffusion of ROS negatively affect the antibacterial efficacy of sonodynamic treatment, thus hindering its further development. Here an actuator‐integrated mechanism is proposed for enhancing the sonodynamic efficacy of loaded sonosensitizers through motion‐induced hydrodynamic effects, demonstrated by a porphyrin‐decorated gold nanomotor, which can produce ROS for bacterial inactivation while performing multimodal motion via actuation using low‐frequency ultrasound. Corroborated by numerical simulation, the experimental results show that the motor's stirring motion significantly increases the yield and diffusion of ROS through fluid flow and frequent interactions between the motor and bacterial targets, resulting in doubled antibacterial efficiency in comparison to a stationary motor. Furthermore, the flow‐induced shear forces combined with the frequent interactions constitute a source of mechanical damage and can form a synergy with the antibacterial properties of ROS, enabling an efficient biofilm eradication that is inaccessible by freely suspended porphyrin. In conclusion, this study reports a motion‐based strategy to enhance sonodynamic efficacy and provides proof of concept using a sonodynamic gold nanomotor powered by ultrasound.
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