摘要：

钛合金植入体具有良好的生物相容性和化学稳定性, 广泛应用于整形外科手术. 植入手术细菌感染风险较高, 若处理不当, 易造成患者骨组织损失甚至截肢. 光催化杀菌是光催化领域研究热点之一, 光催化剂表面产生的活性氧物种(ROS)氧化能力强, 可有效杀灭细菌. 制备生物相容性好且光催化活性高的植入体, 利用光催化技术, 可实现术后植入体表面自主产生抗菌活性, 同时诱导骨组织细胞原位生长和成骨. 二氧化钛(TiO₂)光催化剂化学稳定性好, 原料易得, 具有一定的生物相容性, 但其光生电子与空穴易复合, 光催化抗菌活性弱. 石墨炔(GDY)是新兴的电子助催化剂, 具有独特的sp和sp²杂化碳原子, 可以捕获TiO₂的光生电子, 促进光生电子/空穴分离和ROS生成. 基于此, 张玉峰教授(武汉大学)和余家国教授(武汉理工大学)近期报道了一种新型的具有光催化生物活性的TiO₂/GDY复合植入体(Nat. Commun., 2020, 11, 4465). 它由带正电的TiO₂纳米纤维和带负电的GDY纳米片通过静电自组装而成. 在紫外光照射下, TiO₂/GDY植入体能够产生羟基自由基(•OH), 超氧阴离子(•O^2‒)和过氧化氢(H₂O₂)等活性氧物种. 原位生成的活性氧物种具有较强的氧化能力, 可以破坏抗药性金黄色葡萄球菌(MRSA)的生物膜, 还能抑制MRSA新细菌生物膜的形成和代谢. 光照生成的H₂O₂具有持续缓释特性, 在紫外光移除后, TiO₂/GDY植入体仍显示出长期的抗菌活性. 此外, TiO₂/GDY具有良好的生物相容性和亲水性, 有效吸附小鼠成骨细胞并诱导产生骨骼分化所需的蛋白质和酶, 表明TiO₂/GDY纳米纤维具有良好的诱导骨组织生长能力. 该工作创新性地将光催化技术应用于骨科植入体, 提出了植入体原位光催化杀菌和诱导骨组织生长的新思路, 实现了材料学和医学的交叉融合, 为开发其他高效植骨材料提供了有益借鉴.

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