光催化杀菌和诱导骨组织生长

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/...

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Published in:催化学报 2021, Vol.42 (7), p.1051-1053
Main Authors: S.Wageh, Ahmed A. Al-ghamdi, 刘丽君
Format: Article
Language:Chinese
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Summary: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(?O2-)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.
ISSN:0253-9837
DOI:10.1016/S1872-2067(20)63742-1