Photoelectrons Sequentially Regulate Antibacterial Activity and Osseointegration of Titanium Implants

骨整合 材料科学 生物相容性 表面改性 纳米技术 植入 氧化钛 光催化 生物医学工程 生物膜 化学工程 化学 外科 催化作用 工程类 冶金 生物 医学 细菌 生物化学 遗传学
作者
Yufei Tang,Kai Wang,Bingfeng Wu,Keyi Yao,Shuqi Feng,Xuemei Zhou,Lin Xiang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (2) 被引量:31
标识
DOI:10.1002/adma.202307756
摘要

Abstract Titanium implants are widely used ; however, implantation occasionally fails due to infections during the surgery or poor osseointegration after the surgery. To solve the problem, an intelligent functional surface on titanium implant that can sequentially eradicate bacteria biofilm at the initial period and promote osseointegration at the late period of post‐surgery time is designed. Such surfaces can be excited by near infrared light (NIR), with rare earth nanoparticles to upconvert the NIR light to visible range and adsorb by Au nanoparticles, supported by titanium oxide porous film on titanium implants. Under NIR irradiation, the implant converts the energy of phonon to hot electrons and lattice vibrations, while the former flows directly to the contact substance or partially reacts with the surrounding to generate reactive oxygen species, and the latter leads to the local temperature increase. The biofilm or microbes on the implant surface can be eradicated by NIR treatment in vitro and in vivo. Additionally, the surface exhibits superior biocompatibility for cell survival, adhesion, proliferation, and osteogenic differentiation, which provides the foundation for osseointegration. In vivo implantation experiments demonstrate osseointegration is also promoted. This work thus demonstrates NIR‐generated electrons can sequentially eradicate biofilms and regulate the osteogenic process, providing new solutions to fabricate efficient implant surfaces.
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