中科院上海硅酸鹽所醫(yī)用金屬表面抗菌功能化研究取得進展

“抗菌兼成骨”效應(yīng)在種植牙和人工關(guān)節(jié)等骨植入器械中有廣泛需求。傳統(tǒng)解決思路是將抗菌組分和促成骨組分機械混合施于基材表面，但這無法排除抗菌組分對正常細(xì)胞的不利影響，難以平衡臨床“抗菌兼成骨”需求，不利于抗菌功能化技術(shù)的臨床推廣。

細(xì)菌感染是導(dǎo)致醫(yī)用植入器械失效的重要原因之一。表面工程技術(shù)的發(fā)展為解決醫(yī)用材料植入后的相關(guān)感染問題提供了新的途徑。此前，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所生物材料表面與界面團隊針對傳統(tǒng)抗菌材料毒性大、抗菌活性不可控、抗菌與組織整合不兼容等問題，探索出了無機納米抗菌材料可控鑲嵌技術(shù)，提出基于“肖特基接觸”和“微電池”效應(yīng)賦予醫(yī)用金屬表面“安全”、“可控”抗菌功能。這些研究為“安全抗菌”型醫(yī)用植入器械的研發(fā)和臨床推廣提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)參考。

近日，上海硅酸鹽所副研究員曹輝亮、研究員劉宣勇又基于貫通“材料”和“生物”領(lǐng)域的“質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移”理論，提出了“雙功能微電池效應(yīng)”抗菌思路。該思路將抗菌的惰性金屬（如銀）和促成骨的活潑金屬（如鈣）同時引入鈦表面構(gòu)建“雙功能微電池”，利用“微電池”的陰極析氫反應(yīng)“擾亂”細(xì)菌能量合成功能所依賴的“質(zhì)子濃度梯度（PMF）”與“微電池”的陽極腐蝕（離子釋放）反應(yīng)“引誘”細(xì)菌“儲備”活性離子（消耗能量），兩者協(xié)同使細(xì)菌處于嚴(yán)重“應(yīng)激”狀態(tài)。這種“雙功能微電池效應(yīng)”可激活大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞整合素調(diào)控的成骨通路，促進骨整合。將抗菌與組織整合聯(lián)合設(shè)計，成功制備了具有細(xì)胞選擇特征的抗菌表面，為制造“抗菌兼成骨”型植入器械提供了新方向。

相關(guān)研究成果以Bifunctional galvanics mediated selective toxicity on titanium為題，發(fā)表在Materials Horizons上。

“雙功能微電池效應(yīng)”抗菌思路示意圖

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