Balancing the Anti‐Bacterial and Pro‐Osteogenic Properties of Ti‐Based Implants by Partial Conversion of ZnO Nanorods into Hybrid Zinc Phosphate Nanostructures

纳米棒 材料科学 骨整合 纳米技术 涂层 体内 光催化 表面改性 化学工程 催化作用 植入 冶金 化学 生物化学 生物技术 外科 工程类 生物 医学
作者
Feilong Zhao,Ang Gao,Qing Liao,Yushan Li,Ihsan Ullah,Ya Zhao,Xiaoxue Ren,Liping Tong,Xin Li,Yudong Zheng,Paul K. Chu,Huaiyu Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (17) 被引量:72
标识
DOI:10.1002/adfm.202311812
摘要

Abstract Bacterial infection and inferior osseointegration are major complications associated with titanium (Ti) based implants. Although surface‐engineered zinc oxide (ZnO) nanorods exhibit remarkable antibacterial ability, their potential biomedical applications are hampered by their pronounced cytotoxicity. Herein, inspired by the in vivo degradation process of znic, ZnO nanorods are converted into thermodynamically more stable zinc phosphate (Zn 3 (PO 4 ) 2 )through a simple hydrothermal treatment in a hydrogen phosphate solution. By adjusting the conversion ratio, the surface morphology, release of zinc ions (Zn 2+ ), and generation of reactive oxygen species can be finely tailored to overcome the cytotoxicity of ZnO nanorods while preserving their antibacterial capability. Furthermore, an optimized amount of Zn 2+ released from the ZnO/Zn 3 (PO 4 ) 2 hybrid coating enhances osteogenic differentiation and extracellular matrix mineralization of human bone marrow mesenchymal stem cells by reprogramming their metabolic configuration. An implant‐related infection model in rabbit femurs indicates that the hybrid ZnO/Zn 3 (PO 4 ) 2 coating can even promote osseointegration in the presence of pathogenic bacteria. This surface modification strategy which endows Ti‐based implants with superior anti‐bacterial and pro‐osteogenic properties holds great clinical potential for orthopedic and dental applications.
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