A new approach to replace antibiotics with natural pigment derivatives: Surface modification on the titanium implants

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作者
Limin Qu,Xiangzhou Li,Zhaoshuang Li,Jun Zhou,Minzhang Zheng,Yaxuan Shang,Peng Zhou,Yanhong Yang,Wenlei Wang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:608: 155122-155122 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.155122
摘要

Bacterial infections associated with metal implants and devices are an urgent challenge in biomedical materials, especially when bacterial biofilms form on the implant surface. Here, we developed a novel strategy to combat infections with bacteria-associated titanium implants. Curcumin molecular modification was carried out on the phenolic hydroxyl group to obtain curcumin carboxylic acid (Cur-COOH) with the β-diketone structure of curcumin retained. Cur-COOH was covalently immobilized on the (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES)-treated titanium surface via an amidation reaction to establish the curcumin-titanium implant interface (Ti-g-Cur). Scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometry (EDS), water contact angle (WCA), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) proved that Cur-COOH was successfully anchored on the titanium implants surface. Ti-g-Cur showed excellent antibacterial activity against E. coli and S. aureus, with antibacterial rates of 90.53 % and 94.38 %, respectively. Confocal laser scanning microscopy (CLSM) imaging showed that Ti-g-Cur could effectively inhibit bacterial biofilm formation for up to 5 days. In addition, Ti-g-Cur exhibited superior performance on mammalian hemocompatibility and cytocompatibility. Replacing antibiotics with natural pigment curcumin derivatives for application in biological materials can not only result in a high degree of biocompatibility but also fights bacteria and biofilm formation effectively.
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