“抗菌兼成骨”效應(yīng)是種植牙和人工關(guān)節(jié)等骨植入器械的臨床急需。傳統(tǒng)解決思路是將抗菌組分和促成骨組分機(jī)械混合施于基材表面,這無法排除抗菌組分對(duì)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。中科院上海硅酸鹽研究所曹輝亮副研究員(青促會(huì)會(huì)員)和劉宣勇研究員(青促會(huì)會(huì)員)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“雙功能微電池效應(yīng)”抗菌思路(如圖)。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(shí)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(chǔ)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)。更重要的是, 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(jìn)骨整合。該研究將抗菌與組織整合聯(lián)系起來設(shè)計(jì),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)研究以“Bifunctional galvanics mediated selective toxicity on titanium”為題發(fā)表在Materials Horizons(IF=10.706) 2018, 5:264-267。 細(xì)菌感染是導(dǎo)致醫(yī)用植入器械失效的首要原因之一。表面工程技術(shù)的發(fā)展為解決醫(yī)用材料植入相關(guān)感染問題提供了新的途徑。中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所劉宣勇研究員帶領(lǐng)的生物材料表面與界面團(tuán)隊(duì)針對(duì)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的弊端,經(jīng)多年努力,探索出無機(jī)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,發(fā)表系列研究結(jié)果:Biomaterials2015, 65:22; Biomaterials 2014,35:7699; Biomaterials2014, 35:9114; Biomaterials 2011, 32:693; J Phys Chem Lett2014,5:743;ACS Appl Mater Interfaces2017,9:5149;ActaBiomaterialia2013,9:5100; Acta Biomaterialia 2012, 8:904等。其中Biomaterials2014, 35:7699和Acta Biomaterialia 2012, 8:904入選ESI高被引論文。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。 
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