Core–Shell NiS@SrTiO3 Nanorods on Titanium for Enhanced Osseointegration via Programmed Regulation of Bacterial Infection, Angiogenesis, and Osteogenesis

材料科学 纳米棒 骨整合 钛 纳米技术 血管生成 生物医学工程 植入 癌症研究 医学 外科 冶金
作者
Zheng Liu,Hong Q. Ding,Lin Qi,Jing Wang,Yubao Li,Limin Liu,Ganjun Feng,Li Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (45): 52276-52289 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.3c11995
摘要

Developing bone implants with dynamic self-adjustment of antibacterial, angiogenic, and osteogenic functions in line with a bone regenerative cascade is highly required in orthopedics. Herein, a unique core–shell nanorods array featuring a thin layer of NiS coated on each SrTiO 3 nanorod (NiS@SrTiO 3 ) was in situ constructed on titanium (Ti) through a two-step hydrothermal treatment. Under near-infrared (NIR) irradiation, the photoresponsive effect of NiS layer in synergy with the physical perforation of SrTiO 3 nanorods initially enabled in vitro antibacterial rates of 96.5% to Escherichia coli and 93.1% to Staphylococcus aureus . With the degradation of the NiS layer, trace amounts of Ni ions were released, which accelerated angiogenesis by upregulating the expression of vascular regeneration-related factors, while the gradual exposure of SrTiO 3 nanorods could simultaneously enhance the surface hydrophilicity in favor of cell adhesion and slowly release Sr ions to promote the proliferation and differentiation of MC3T3-E1 cells. The in vivo assessment verified not only the satisfactory antibacterial effect but also the superior osteogenic ability of the NiS@SrTiO 3 /Ti group with the aid of NIR irradiation, finally promoting the osseointegration of the Ti implant. The modification method endowing Ti implant with antibacterial, angiogenic, and osteogenic functions provides a new strategy to improve the long-term reliability of Ti-based devices.
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