Construction of a Ni(OH)2@CaTiO3 heterostructure on a Ti implant for enhanced osseointegration through NIR photoactivated bacterial inactivation and microenvironment optimization

骨整合 异质结 材料科学 植入 钛 纳米技术 光电子学 冶金 医学 外科
作者
Zheng Liu,Hong Ding,Miaomiao He,Yulin Jiang,Lin Qi,Meixuan Du,Jing Wang,Yubao Li,Limin Liu,Ganjun Feng,Li Zhang
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (20): 9148-9161 被引量:6
标识
DOI:10.1039/d2nr06824a
摘要

Desirable antibacterial and osseointegration abilities are essentially important for long-term survival of a Ti-orthopedic implant. Herein, a near-infrared light (NIR) excited antibacterial platform with excellent osseointegration composed of perovskite calcium titanate/nickel hydroxide on a Ti implant (Ni(OH)2@CaTiO3/Ti) was designed and successfully fabricated. The construction of the heterostructure efficiently separated the photogenerated electron-hole pairs to produce sufficient reactive oxygen species (ROS), which enabled the photoactivated bacterial inactivation (PBI) of Ti implants. The results showed that the surface-modified Ti implant displayed remarkable antibacterial ability with bacterial inhibition rates of 95.5% for E. coli and 93.8% for S. aureus under NIR excitation. Also, the intervention of Ni(OH)2 could create a slightly alkaline surface on the Ti implant, which synchronized with Ca-rich CaTiO3 to regulate the osteogenic microenvironment in favor of the adhesion, proliferation and differentiation of MC3T3-E1 cells as well as the up-regulation of osteogenesis-related gene expressions. The in vivo implantation experiments further confirmed that the heterostructured coating prominently accelerated the formation of new bone and promoted the osseointegration of Ti implants. Our work may provide a novel concept for improving the antibacterial and osseointegration abilities of Ti implants in orthopedic and dental applications.
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