香港大學李嘉誠醫學院(港大醫學院)的矯形及創傷外科學系研究團隊,成功研發出一種可由近紅外線啟動的鈦金屬植入物智能塗層。該技術只需單次照射近紅外線15分鐘,即可快速清除99.94%的金黃葡萄球菌生物膜,無需使用抗生素,同時能促進骨骼與植入物的融合。
光熱效應迅速殺菌
研究團隊以模板輔助技術,在鈦塗層上構建納米蜂窩狀結構並進行氫化處理,製成可遙距啟動的智能塗層。在近紅外線照射下,塗層能同步產生活性氧和温和的局部光熱效應,迅速破壞生物膜結構並殺滅細菌。體外實驗顯示,單次15分鐘照射即可清除99.94%的金黃葡萄球菌;在大鼠脛骨缺損感染模型中,同樣能消除91.58%的生物膜。
優化骨骼免疫微環境助新骨生成
除了強效抗菌,該塗層還能有效調控免疫反應,促使巨噬細胞由「促炎狀態」轉向「促癒合狀態」,從而改善局部組織修復環境,吸引更多成骨細胞並促進其分化,顯著提升植入物周圍的新骨形成,加速骨融合。
解決植入物感染難題
領導此研究的楊偉國教授指出,植入物相關感染是導致植入物失效的重要原因,現有抗菌塗層多依賴外加藥劑,載藥量有限且藥效難以持久。這項新技術無需添加抗生素等藥劑,不僅能高效清除生物膜,更能促進骨骼融合,且製造流程成熟,具備極高的臨牀轉化潛力。
這項以二氧化鈦為基礎的技術,未來有望應用於關節置換、骨折內固定裝置、脊椎融合器、牙科植體及顱顏植入物等多種常見骨科植入物,為植入物感染問題提供全新的解決方案。相關研究成果已刊於國際期刊《Cell Biomaterials》並成為封面故事。
港大醫學院研發的智能鈦金屬植入物塗層納米結構展示
智能鈦金屬塗層在近紅外線照射下清除生物膜之實驗對比