Electrical Responsive Coating with a Multilayered TiO2–SnO2–RuO2 Heterostructure on Ti for Controlling Antibacterial Ability and Improving Osseointegration

材料科学 异质结 涂层 骨整合 光催化 纳米技术 化学工程 光电子学 冶金 催化作用 医学 生物化学 化学 外科 植入 工程类
作者
Rui Zhou,Yifei Liu,Ming Li,Jianyun Cao,Jiahui Cheng,Daqing Wei,Baoqiang Li,Yaming Wang,Dechang Jia,Bailing Jiang,Р. З. Валиев,Yu Zhou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (30): 39064-39078 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.4c07114
摘要

The bacterial infection and poor osseointegration of Ti implants could significantly compromise their applications in bone repair and replacement. Based on the carrier separation ability of the heterojunction and the redox reaction of pseudocapacitive metal oxides, we report an electrically responsive TiO 2 –SnO 2 –RuO 2 coating with a multilayered heterostructure on a Ti implant. Owing to the band gap structure of the TiO 2 –SnO 2 –RuO 2 coating, electron carriers are easily enriched at the coating surface, enabling a response to the endogenous electrical stimulation of the bone. With the formation of SnO 2 –RuO 2 pseudocapacitance on the modified surface, the postcharging mode can significantly change the surface chemical state of the coating due to the redox reaction, enhancing the antibacterial ability and osteogenesis-related gene expression of the human bone marrow mesenchymal stem cells. Owing to the attraction for Ca 2+, only the negatively postcharged SnO 2 @RuO 2 can promote apatite deposition. The in vivo experiment reveals that the S–SnO 2 @RuO 2 -NP could effectively kill the bacteria colonized on the surface and promote osseointegration with the synostosis bonding interface. Thus, negatively charging the electrically responsive coating of TiO 2 –SnO 2 –RuO 2 is a good strategy to endow modified Ti implants with excellent antibacterial ability and osseointegration.
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