生物活性与抗菌性能兼具的骨科植入物涂层研究新突破

本研究聚焦于骨科植入物表面改性，通过电泳沉积技术制备了生物活性与抗菌性能兼具的羟基磷灰石-氧化锌（HAp-ZnO）纳米复合涂层，为解决骨科植入物感染及骨整合问题提供了新思路。

　　随着人口老龄化加剧和运动损伤增加，骨科植入物的需求不断攀升。然而，植入物表面易引发细菌感染，同时促进骨整合的表面又可能加剧细菌定植，这成为骨科植入领域的棘手问题。为解决这一矛盾，伊朗塞姆南大学的研究人员开展了一项创新性研究，利用天然来源合成的羟基磷灰石（HAp）和氧化锌（ZnO）纳米颗粒，通过电泳沉积技术制备了多功能涂层，并对其抗菌性能和生物活性进行了深入探究。该研究结果表明，特定比例的HAp-ZnO涂层在抑制细菌生长的同时，还能促进骨组织生长，为骨科植入物表面改性提供了极具潜力的解决方案，研究成果发表于《Heliyon》杂志。

研究背景

骨科植入物在现代医学中扮演着重要角色，用于修复骨折、关节置换等手术。然而，植入物表面的细菌感染和骨整合不足是影响手术成功率和患者康复的关键问题。一方面，植入物表面促进骨整合的特性可能为细菌定植提供便利，导致感染风险增加；另一方面，植入物表面的抗菌性能往往以牺牲骨整合能力为代价。因此，开发一种既能促进骨整合又能有效抗菌的植入物涂层成为研究热点。

研究方法

研究人员采用电泳沉积技术（Electrophoretic Deposition, EPD），将天然来源合成的羟基磷灰石（HAp）和氧化锌（ZnO）纳米颗粒共沉积在钛合金（Ti6Al4V）表面，制备了不同比例的HAp-ZnO复合涂层。通过调整HAp和ZnO的比例，研究人员制备了五组涂层样品，分别为100:0、75:25、50:50、25:75和0:100。实验中，研究人员对涂层的微观结构、相组成、抗菌性能和生物活性进行了系统评估。

研究结果

1. 涂层微观结构与组成 研究人员利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）和能量色散光谱（EDS）对涂层的微观结构和元素组成进行了分析。结果显示，所有涂层均具有均匀的颗粒分布，且无裂纹。X射线衍射（XRD）分析确认了HAp和ZnO的晶体结构，表明涂层中成功共沉积了两种纳米颗粒。
2. 抗菌性能测试 通过浊度测量和琼脂平板扩散实验，研究人员评估了涂层对大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抗菌性能。结果表明，HAp-ZnO涂层中ZnO含量较高的样品（50:50、25:75和0:100）对两种细菌均表现出显著的抗菌活性，而纯HAp涂层（100:0）和低ZnO含量的涂层（75:25）对大肠杆菌几乎无抗菌效果。这表明ZnO在抗菌性能中发挥了关键作用，而HAp则对金黄色葡萄球菌具有一定的抑制作用。
3. 生物活性评估 研究人员将涂层样品浸泡在模拟体液（Simulated Body Fluid, SBF）中14天，通过FESEM和FTIR分析评估其生物活性。结果显示，所有涂层样品表面均形成了类似骨组织的磷灰石层，表明其具有良好的体外生物活性。其中，纯HAp涂层（100:0）的生物活性最高，而ZnO的加入虽然降低了生物活性，但仍然保持了较高的骨诱导能力。

研究结论与讨论

本研究成功开发了一种基于HAp-ZnO的多功能涂层，通过电泳沉积技术实现了天然来源纳米颗粒的共沉积。实验结果表明，该涂层在抗菌性能和生物活性之间取得了良好的平衡。ZnO的加入显著增强了涂层的抗菌能力，而HAp则为骨整合提供了基础。尽管ZnO的加入对生物活性有一定影响，但涂层仍表现出良好的骨诱导能力。这一研究为骨科植入物表面改性提供了新的思路，未来有望通过进一步优化涂层成分和制备工艺，开发出更具临床应用价值的多功能植入物涂层。