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医用金属表面非释放型抗菌功能构建及机理研究取新进展

2019.10.10

　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院人体组织与器官退行性研究中心研究员王怀雨与香港城市大学教授朱剑豪、河海大学教授吴国松以及中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究员庄杰等开展合作，通过原位纳米片层生长成功实现兼有非释放型抗菌性能、耐蚀性和生物相容性的镁合金块体的构建。该植入体有望应用于骨植入体材料中以降低患者术后感染几率进而加速康复。相关论文“NonLeaching Antibacterial Concept Demonstrated by In Situ Construction of 2D Nanoflakes on Magnesium”发表在国际学术期刊Advanced Science上。论文第一作者是香港城市大学博士王国敏。

　　在骨植入中，术后感染往往是困扰医生以及病人的一大难题，镁合金作为一种轻质材料在植入体研究中备受瞩目。传统镁合金的抗菌主要依赖于镁离子和碱性环境的释放型抗菌机理。实际上，包括抗生素以及抗菌材料接枝在内的释放型抗菌过程一直是抗菌研究的主流，尽管这种抗菌方式效果显著，但大量抗菌制剂的释放会引起细菌耐药性以及其他副作用。因此，对于骨关节植入，在局部实现抗菌效果的非释放型抗菌过程更加有望在对抗术后感染的同时减少副作用。

　　基于以上背景，在该研究中，研究人员以镁合金为模板，通过水热方法实现镁合金上二维纳米片的原位生长并着重对抗菌机理进行多方面阐释。通过扫描电镜的观察、一系列生化测试和计算机模拟，该研究得到直接的证据证明该二维纳米片可以向细菌施加剪切力拉伸细胞膜而实现杀菌效果，这不同于传统的镁合金依赖释放离子的抗菌机理。同时二维纳米片的保护作用使得抗蚀效果实现良好改善，进而促进成骨细胞的粘附与铺展。进一步，该研究通过动物实验初步验证了改性后的材料作为植入体的可行性。该研究以镁合金为模板，首次提出利用非释放型抗菌机理来构建集抗菌、抗蚀、安全于一身的植入体材料，为多功能生物材料的研发提供了新的思路。

　　该项研究得到香港研究资助局、国家自然科学基金、深圳市孔雀团队、中科院青促会以及中科院STS区域重点项目等资助。

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