医用钛表面超结构的外场响应及其成骨抗菌作用

为深入贯彻落实《全民科学素质行动规划纲要（2021-2035）》，响应公众对生物医用材料的表面生物功能化领域的认知需求，中国生物材料学会生物材料表界面工程分会联合宁波华甫医疗科技有限公司共同推出材料表面的功能化改性系列科普文章。

今日带来的是“材料的表面生物功能化系列科普”第三期《医用钛表面超结构的外场响应及其成骨抗菌作用》，欢迎关注！

医用钛及其合金具有优良的生物相容性、机械性能和耐腐蚀性能，广泛应用于口腔牙种植体、人工关节、骨内固定系统等的植入级医用金属材料。但同时，钛材料本身生物惰性且无抗菌性能，植入人体易引发术后感染。

科学家们为了破解这个难题，正在给医用钛穿上**“超结构外衣”**，通过特殊的刺激来激活它的生物活性，让它不仅能促进骨骼生长，还能抵御细菌。

特别是有一种类似蜂窝的声学超结构TiO2涂层，它有特殊的“超能力”，能够捕捉和转换声波，将其变成热能和化学能，增强医用钛的生物功能。

下面介绍这一涂层的两种“超能力”。

第一种是声波变热能的超能力。研究者打造的“蜂窝涂层”能与超声波完美耦合，在超声波的作用下，涂层温度上升，用高温把细菌**“热爆炸”**。

此外，此种涂层还模仿了骨骼的结构，有助于细胞粘附和分化，对骨骼再生大有裨益。

声波变消毒剂！第二种是声波变化学能的超能力。这层超结构涂层外衣能捕捉声波，再通过石墨烯和氧化钛的联手，产生氧化活性物质，疯狂攻击细菌。即使是轻微的超声波，也能让这层外衣发挥杀菌奇效。

实验证明，此种涂层在低强超声下就能高效清除表面的细菌感染。

不止声波，还有光、热、力、磁、电，这些都能成为抗击细菌的武器。选对武器，治疗更高效。混合使用这些武器，还能发挥多功能治疗的强大力量！

通过声学超结构在医疗上的应用，是否让人感到科技的力量不可思议？

参考文献：

[1] S. Guan, S. Chen, X. Zhang, H. Zhang, X. Liu, Z. Hou, F. Wang, S. Qian, H. Zhu, J. Tan, X. Liu, Advanced Functional Materials (2024) 2316093.

[2] S. Guan, W. Xu, J. Tan, X. Zhang, X. Liu, L. Liu, S. Qian, Z. Hou, H. Zhu, J. Qiu, K.W.K. Yeung, Y. Zheng, X. Liu, ACS Nano 18 (2024) 15114-15129.