Recent advances in responsive antibacterial materials: design and application scenarios
Source abstract
Abstract
Bacterial infection is one of the leading causes of death globally, although modern medicine has made considerable strides in the past century. As traditional antibiotics are suffering from the emergence of drug resistance, new antibacterial strategies are of great interest. Responsive materials are appealing alternatives that have shown great potential in combating resistant bacteria and avoiding the side effects of traditional antibiotics. In this review, the responsive antibacterial materials are introduced in terms of stimulus signals including intrinsic (pH, enzyme, ROS, etc.) and extrinsic (light, temperature, magnetic fields, etc.) stimuli. Their biomedical applications in therapeutics and medical devices are then discussed. Finally, the author's perspective of the challenge and the future of such a system is provided.
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Research context
OpenAlex topics: Nanoplatforms for cancer theranostics · Luminescence and Fluorescent Materials · Graphene and Nanomaterials Applications
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
School of Chemistry, Chemical Engineering and Biotechnology, Nanyang Technological University, 70 Nanyang Drive, Singapore 637457, Singapore
Funding
Ministry of Education - Singapore
References (100+)
Show source-provided references
1. Liu · Science · 2020 · 367 · 20010.1126/science.aay3041 ↗
2. Kalelkar · Nat. Rev. Mater. · 2022 · 7 · 3910.1038/s41578-021-00362-4 ↗
3. Murray · Lancet · 2022 · 399 · 62910.1016/S0140-6736(21)02724-0 ↗
4. Thompson · Nature · 202210.1038/d41586-022-00228-x ↗
5. Dancer · Lancet Infect. Dis. · 2004 · 4 · 61110.1016/S1473-3099(04)01145-4 ↗
6. Willing · Nat. Rev. Microbiol. · 2011 · 9 · 23310.1038/nrmicro2536 ↗
7. Fjell · Nat. Rev. Drug Discovery · 2012 · 11 · 3710.1038/nrd3591 ↗
8. Lam · Nat. Microbiol. · 2016 · 1 · 1616210.1038/nmicrobiol.2016.162 ↗
9. Loeffler · Science · 2001 · 294 · 217010.1126/science.1066869 ↗
10. Nelson · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2001 · 98 · 410710.1073/pnas.061038398 ↗
11. Lu · Nat. Rev. Mater. · 2016 · 2 · 1607510.1038/natrevmats.2016.75 ↗
12. Mitchell · Nat. Rev. Drug Discovery · 2021 · 20 · 10110.1038/s41573-020-0090-8 ↗
13. Stuart · Nat. Mater. · 2010 · 9 · 10110.1038/nmat2614 ↗
14. Li · Nat. Rev. Clin. Oncol. · 2020 · 17 · 65710.1038/s41571-020-0410-2 ↗
15. Miyahara · Nat. Med. · 2006 · 12 · 45910.1038/nm1391 ↗
16. Haraguchi · Nat. Protoc. · 2012 · 7 · 85010.1038/nprot.2012.027 ↗
17. Wei · Curr. Opin. Chem. Eng. · 2021 · 34 · 10072710.1016/j.coche.2021.100727 ↗
18. Riley · Nat. Rev. Drug Discovery · 2019 · 18 · 17510.1038/s41573-018-0006-z ↗
19. Wang · Nat. Rev. Mater. · 2021 · 6 · 76610.1038/s41578-021-00315-x ↗
20. Tapeinos · Small · 2022 · 220029110.1002/smll.202200291 ↗
21. Carlini · Nat. Commun. · 2019 · 10 · 173510.1038/s41467-019-09587-y ↗
22. Wang · Biomater. Sci. · 2020 · 8 · 682510.1039/D0BM00974A ↗
23. Hu · ACS Nano · 2017 · 11 · 933010.1021/acsnano.7b04731 ↗
24. Zhang · Adv. Mater. · 2022 · 34 · 220033410.1002/adma.202200334 ↗
25. Yang · Adv. Mater. · 2022 · 34 · 210631410.1002/adma.202106314 ↗
26. Sachs · Curr. Gastroenterol. Rep. · 2011 · 13 · 54010.1007/s11894-011-0226-4 ↗
27. S. T.Reece and S. H. E.Kaufmann , in Clinical Immunology , ed. R. R. Rich , T. A. Fleisher , W. T. Shearer , H. W. Schroeder , A. J. Frew and C. M. Weyand , Elsevier , London , 4th edn, 2013 , pp. 324–33710.1016/B978-0-7234-3691-1.00046-5 ↗
28. Godha · Gynecol. Endocrinol. · 2018 · 34 · 45110.1080/09513590.2017.1407753 ↗
29. Lambers · Int. J. Cosmet. Sci. · 2006 · 28 · 35910.1111/j.1467-2494.2006.00344.x ↗
30. D. W.Landry and H.Bazari , in Goldman's Cecil Medicine (Twenty Fourth Edition) , ed. L. Goldman and A. I. Schafer and W. B. Saunders , Philadelphia , 2012 , pp. 708–71610.1016/B978-1-4377-1604-7.00116-0 ↗
31. Andersen · J. Bacteriol. · 1980 · 144 · 11410.1128/jb.144.1.114-123.1980 ↗
32. Smith · Antimicrob. Agents Chemother. · 1991 · 35 · 23710.1128/AAC.35.2.237 ↗
33. Fuchs · J. Bacteriol. · 2007 · 189 · 427510.1128/JB.00081-07 ↗
34. S. C.Moldoveanu , in Pyrolysis of Organic Molecules (Second Edition) , ed. S. C. Moldoveanu , Elsevier , 2019 , pp. 327–34710.1016/B978-0-444-64000-0.00008-1 ↗
35. Yang · Adv. Funct. Mater. · 2022 · 32 · 210874910.1002/adfm.202108749 ↗
36. Hu · Biomater. Sci. · 2019 · 7 · 58110.1039/C8BM01211C ↗
37. Phoungtawee · ACS Macro Lett. · 2021 · 10 · 36510.1021/acsmacrolett.1c00009 ↗
38. Zheng · ACS Omega · 2021 · 6 · 867210.1021/acsomega.1c00606 ↗
39. Zhang · Biomater. Sci. · 2019 · 7 · 379510.1039/C9BM00670B ↗
40. Kalhapure · Nanomedicine · 2017 · 13 · 206710.1016/j.nano.2017.04.010 ↗
41. Hao · Chem. Eng. J. · 2019 · 356 · 13010.1016/j.cej.2018.08.181 ↗
42. Liang · J. Colloid Interface Sci. · 2019 · 536 · 22410.1016/j.jcis.2018.10.056 ↗
43. Mohebali · Int. J. Biol. Macromol. · 2020 · 164 · 419310.1016/j.ijbiomac.2020.09.004 ↗
44. Xie · Adv. Funct. Mater. · 2020 · 30 · 200051110.1002/adfm.202000511 ↗
45. Liang · ACS Nano · 2022 · 16 · 276210.1021/acsnano.1c09724 ↗
46. Chen · Colloids Surf., B · 2018 · 170 · 64810.1016/j.colsurfb.2018.06.065 ↗
47. Yang · J. Mater. Res. · 2020 · 35 · 242710.1557/jmr.2020.178 ↗
48. Xiong · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2017 · 114 · 1267510.1073/pnas.1710408114 ↗
49. Liu · ACS Biomater. Sci. Eng. · 2018 · 4 · 4010.1021/acsbiomaterials.7b00723 ↗
50. Liang · J. Dent. Res. · 2020 · 99 · 136810.1177/0022034520936639 ↗
51. Ohta · J. Oleo Sci. · 2008 · 57 · 44510.5650/jos.57.445 ↗
52. Zu · ACS Appl. Bio Mater. · 2022 · 5 · 177910.1021/acsabm.2c00138 ↗
53. K. A.Natarajan , in Biotechnology of Metals , ed. K. A. Natarajan , Elsevier , Amsterdam , 2018 , pp. 243–30410.1016/B978-0-12-804022-5.00010-4 ↗
54. Yan · Adv. Funct. Mater. · 2020 · 30 · 190904210.1002/adfm.201909042 ↗
55. Hu · ACS Nano · 2020 · 14 · 34710.1021/acsnano.9b05493 ↗
56. Cezairliyan · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2017 · 114 · E779610.1073/pnas.1708580114 ↗
57. Cadieux · J. Bacteriol. · 2014 · 196 · 404410.1128/JB.02044-14 ↗
58. Nguyen · Int. J. Med. Microbiol. · 2018 · 308 · 65310.1016/j.ijmm.2017.11.013 ↗
59. Rheumatology and Immunology Therapy , ed. J. D. Abbott , G. Ball , D. Boumpas , S. L. Bridges , W. Chatham , J. Curtis , C. Daniel , L. B. Hughes , A. H. Kao , C. Langford , D. Lovell , S. Manzi , U. Müller-Ladner , H. C. Patel , R. A. S. Roubey , K. Saag , J. M. Sabatine , J. Shanahan , R. Simms , E. Smith , J. Sundy , A. J. Szalai , T. Wimmer and L. W. Moreland , Springer Berlin Heidelberg, Berlin , Heidelberg , 2004 , pp. 411–412 , 10.1007/3-540-29662-X_127310.1007/3-540-29662-X_1273 ↗
60. Natta · J. Am. Chem. Soc. · 1934 · 56 · 45510.1021/ja01317a053 ↗
61. Gan · Polym. Degrad. Stab. · 1997 · 56 · 20910.1016/S0141-3910(96)00208-X ↗
62. Chawla · Int. J. Pharm. · 2002 · 249 · 12710.1016/S0378-5173(02)00483-0 ↗
63. Wang · Adv. Funct. Mater. · 2021 · 31 · 201116510.1002/adfm.202011165 ↗
64. Ma · Macromol. Rapid Commun. · 2022 · 43 · 210081210.1002/marc.202100812 ↗
65. Ma · Macromol. Rapid Commun. · 2021 · 42 · 210025510.1002/marc.202100255 ↗
66. Ibrahim · Int. J. Pharm. · 2021 · 607 · 12096010.1016/j.ijpharm.2021.120960 ↗
67. Rathnayake · ACS Appl. Bio Mater. · 2020 · 3 · 670810.1021/acsabm.0c00622 ↗
68. Jung · Arch. Plast. Surg. · 2020 · 47 · 29710.5999/aps.2020.00752 ↗
69. Ayaz · Appl. Surf. Sci. · 2020 · 527 · 14680610.1016/j.apsusc.2020.146806 ↗
70. Liu · J. Mater. Sci.: Mater. Med. · 2018 · 29 · 160
71. Yuan · J. Mater. Chem. B · 2018 · 6 · 809010.1039/C8TB01918E ↗
72. Yu · Colloids Surf., B · 2020 · 185 · 11059210.1016/j.colsurfb.2019.110592 ↗
73. Wang · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2018 · 10 · 3490510.1021/acsami.8b10972 ↗
74. Liu · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2019 · 11 · 2659010.1021/acsami.9b07866 ↗
75. Millán · Purinergic Signalling · 2006 · 2 · 33510.1007/s11302-005-5435-6 ↗
76. Li · Colloids Surf., B · 2019 · 183 · 11045410.1016/j.colsurfb.2019.110454 ↗
77. Chen · J. Controlled Release · 2020 · 322 · 32610.1016/j.jconrel.2020.03.037 ↗
78. Dasari · J. Bacteriol. · 2022 · 204 · e001842110.1128/JB.00184-21 ↗
79. Zhang · Macromol. Biosci. · 2021 · 21 · 200019410.1002/mabi.202000194 ↗
80. Zuo · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2020 · 12 · 433310.1021/acsami.9b22001 ↗
81. Ding · Biomater. Sci. · 2020 · 8 · 184010.1039/C9BM01924C ↗
82. Qiu · Biomater. Sci. · 2021 · 9 · 343310.1039/D0BM02201B ↗
83. Koyasseril-Yehiya · Nanoscale · 2020 · 12 · 2069310.1039/D0NR04886K ↗
84. Paiva · Antioxid. Redox Signal. · 2014 · 20 · 100010.1089/ars.2013.5447 ↗
85. Stubelius · Acc. Chem. Res. · 2019 · 52 · 310810.1021/acs.accounts.9b00292 ↗
86. Zhang · Adv. Ther. · 2018 · 1 · 180003510.1002/adtp.201800035 ↗
87. Hu · J. Controlled Release · 2020 · 324 · 20410.1016/j.jconrel.2020.05.010 ↗
88. Shi · J. Mater. Chem. B · 2021 · 9 · 718210.1039/D1TB00156F ↗
89. Wang · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2021 · 13 · 3358410.1021/acsami.1c09889 ↗
90. Wu · J. Controlled Release · 2022 · 341 · 14710.1016/j.jconrel.2021.11.027 ↗
91. Wang · J. Nanobiotechnol. · 2019 · 17 · 10310.1186/s12951-019-0537-4 ↗
92. Qiao · J. Mater. Chem. B · 2021 · 9 · 895110.1039/D1TB01702K ↗
93. Rinaldi · Polymers · 2022 · 14 · 68710.3390/polym14040687 ↗
94. Li · Mater. Des. · 2020 · 195 · 10902110.1016/j.matdes.2020.109021 ↗
95. Deepagan · Biomaterials · 2016 · 103 · 5610.1016/j.biomaterials.2016.06.044 ↗
96. Song · Materials · 2021 · 14 · 412510.3390/ma14154125 ↗
97. Han · J. Mater. Chem. B · 2021 · 9 · 621210.1039/D1TB00702E ↗
98. Morris · Biochim. Biophys. Acta, Gen. Subj. · 2013 · 1830 · 332910.1016/j.bbagen.2012.10.012 ↗
99. Lu · Int. J. Nanomed. · 2018 · 13 · 769710.2147/IJN.S181168 ↗
100. Zhang · Theranostics · 2020 · 10 · 1003110.7150/thno.49008 ↗