Ultrasound‐Triggered Piezoelectric Catalysis of Zinc Oxide@Glucose Derived Carbon Spheres for the Treatment of MRSA Infected Osteomyelitis

骨髓炎 超声波 压电 材料科学 催化作用 碳纤维 医学 化学 核化学 生物医学工程 外科 复合材料 冶金 生物化学 放射科 复合数
作者
Yihao Guo,Congyang Mao,Shuilin Wu,Chaofeng Wang,Yufeng Zheng,Xiangmei Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202400732
摘要

Currently, methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA)-induced osteomyelitis is a clinically life-threatening disease, however, long-term antibiotic treatment can lead to bacterial resistance, posing a huge challenge to treatment and public health. In this study, glucose-derived carbon spheres loaded with zinc oxide (ZnO@HTCS) are successfully constructed. This composite demonstrates the robust ability to generate reactive oxygen species (ROS) under ultrasound (US) irradiation, eradicating 99.788% ± 0.087% of MRSA within 15 min and effectively treating MRSA-induced osteomyelitis infection. Piezoelectric force microscopy tests and finite element method simulations reveal that the ZnO@HTCS composite exhibits superior piezoelectric catalytic performance compared to pure ZnO, making it a unique piezoelectric sonosensitizer. Density functional theory calculations reveal that the formation of a Mott-Schottky heterojunction and an internal piezoelectric field within the interface accelerates the electron transfer and the separation of electron-hole pairs. Concurrently, surface vacancies of the composite enable the adsorption of a greater amount of oxygen, enhancing the piezoelectric catalytic effect and generating a substantial quantity of ROS. This work not only presents a promising approach for augmenting piezoelectric catalysis through construction of a Schottky heterojunction interface but also provides a novel, efficient therapeutic strategy for treating osteomyelitis.
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