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为解决波士顿人工角膜（BKPro）长期留存受感染风险挑战的问题，研究人员开展了通过离子植入银（Ag）和铜（Cu）离子增强 BKPro 钛背板抗菌性能的研究。结果表明，离子植入有效赋予钛背板抗菌性且保持细胞相容性，对预防 BKPro 相关感染意义重大。
在眼科医学领域，角膜疾病是导致失明的重要原因之一。据世界卫生组织统计，全球约 3600 万人失明，其中 420 万人因角膜失明。对于这部分患者，穿透性角膜移植是标准治疗方法，但并非所有患者都适用，如角膜移植排斥史、晚期自身免疫疾病或急性炎症患者等。此时，人工角膜（KPros）成为了替代选择，其中波士顿人工角膜（BKPro）应用广泛，已在全球植入超 15000 例。然而，BKPro 植入后的感染问题却严重影响其长期效果，感染率在 3.4% - 21.4% 之间，常见病原体包括铜绿假单胞菌（
Pseudomonas aeruginosa）和白色念珠菌（
Candida albicans）。目前的治疗手段主要依赖药物干预，但效果不佳，且存在多种问题，如无法完全根除感染、缺乏标准化治疗方案等。同时，现有的预防感染的表面修饰策略也存在缺陷，如抗粘附技术影响植入物生物整合、接触杀伤机制对未直接接触的感染无效等。因此，开发能赋予 BKPro 内在抗菌能力的有效策略迫在眉睫。
为了解决这些问题，研究人员开展了相关研究。虽然文中未提及研究机构，但研究聚焦于利用金属蒸汽真空弧（MEVVA）离子植入技术，将 Ag 和 Cu 离子单植入或共植入到粗糙的钛（Ti）表面，旨在获得既具有抗菌性能又对人角膜角膜细胞（HCKs）无毒且生物相容的表面。该研究成果发表在《BIOMATERIALS RESEARCH》上，为解决 BKPro 感染问题提供了新的方向。
在研究过程中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过机械加工和喷砂处理制备粗糙 Ti 样本，模拟商业 BKPro 的表面。然后，利用 MEVVA 离子植入技术将 Ag 和 Cu 离子植入样本。接着，运用扫描电子显微镜（SEM）、X 射线光电子能谱（XPS）等手段进行物理化学表征，检测离子释放情况。同时，进行细胞实验评估样本对 HCKs 的生物相容性，以及微生物实验测试样本的抗菌性能。此外，通过共培养实验模拟植入前感染条件，综合评估样本性能。
研究结果如下：
- 物理化学表征：FESEM 和 EDX 分析显示，离子植入未显著改变样本的微观粗糙度，但增加了纳米粗糙度，且成功引入了 Ag 和 Cu 原子。XPS 研究表明，Ag 和 Cu 离子有效植入，且在单植入和共植入样本中的化学状态不同。XPS 深度剖析发现，Ag 和 Cu 离子均渗透到材料内部，单植入样本中离子的表面和内部浓度更高。离子释放实验表明，所有样本在数天内均持续释放离子，Ag 和 Cu 离子的释放模式与表面浓度和材料微观结构变化有关。
- 生物学表征：细胞粘附和增殖实验表明，HCKs 在所有离子植入表面均能良好粘附和增殖。虽然 Cu 植入样本在 24 小时时细胞数量略有下降，但整体不影响长期细胞增殖。抗菌研究显示，Ag 植入表面对铜绿假单胞菌有早期抗菌活性，Cu 植入表面对白色念珠菌有更强的抗真菌作用，共植入样本兼具两者效果。生长动力学实验证实了 Ag 和 Cu 离子的持续抗菌活性，且共植入样本能延迟微生物生长。共培养研究发现，在植入前感染模型中，离子植入表面在感染情况下仍能保持抗菌性能并支持 HCKs 粘附，减少微生物存在和细胞损伤。
研究结论和讨论部分表明，该研究成功将 Ag 和 Cu 离子植入 Ti6Al4V 样本，离子植入表面对 HCKs 无短期或长期有害影响，且具有良好的抗菌性能。共植入样本展现出协同抗菌效果，其抗菌机制互补，能有效对抗常见病原体，降低感染风险。同时，研究还表明离子植入技术可实现低离子释放，在保证抗菌效果的同时确保生物相容性。不过，研究也指出，虽然该研究成果具有重要意义，但未来仍需通过体内实验进一步验证，评估长期疗效和安全性，并探索患者对金属离子植入的个体差异反应。总的来说，该研究为 BKPro 钛背板的改进提供了新途径，有望提高其生物整合性并降低感染率，对眼科医学领域人工角膜的应用和发展具有重要推动作用。
