Piezoelectric Heterojunctions as Bacteria‐Killing Bone‐Regenerative Implants

材料科学 压电 生物医学工程 细菌 异质结 纳米技术 再生医学 光电子学 复合材料 干细胞 细胞生物学 生物 医学 遗传学
作者
Youzhun Fan,Jinxia Zhai,Zhengao Wang,Zhaoyi Yin,Haoyan Chen,Maofei Ran,Zurong Zhu,Yubin Ma,Chengyun Ning,Peng Yu,Chuanbin Mao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (1): e2413171-e2413171 被引量:28
标识
DOI:10.1002/adma.202413171
摘要

Heterojunctions are widely used in energy conversion, environmental remediation, and photodetection, but have not been fully explored in regenerative medicine. In particular, piezoelectric heterojunctions have never been examined in tissue regeneration. Here the development of piezoelectric heterojunctions is shown to promote bone regeneration while eradicating pathogenic bacteria through light-cellular force-electric coupling. Specifically, an array of heterojunctions (TiO2/Bi2WO6), made of piezoelectric nanocrystals (Bi2WO6) decorating TiO2 nanowires, is fabricated as a biocompatible implant. Upon exposure to near-infrared light, the piezoelectric heterojunctions generate reactive oxygen species and heat to kill bacteria through photodynamic and photothermal therapy, respectively. Meanwhile, the mechanical forces of the stem cells grown on the implant trigger the heterojunctions to produce electric fields that further promote osteogenesis to achieve osteointegration. The heterojunctions effectively suppress postoperative recurrent infections while promoting osseointegration through the local electric fields induced by cells. Therefore, the piezoelectric heterojunctions represent a promising antibacterial tissue-regenerative implant.
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