综述：可见光激活光催化涂层在防治植入物相关感染中的研究进展：从机制到转化路线图

这篇综述系统探讨了可见光激活光催化涂层（Visible-Light-Activated Photocatalytic Coatings）在防治植入物感染（Implant-Related Infections, IRI）中的最新进展，重点解析了半导体材料（如TiO2、ZnO）的改性策略（掺杂、异质结构建等）、活性氧（ROS）抗菌机制及其在口腔/骨科植入物中的应用潜力，为开发兼具抗生物膜（Biofilm）和促骨整合（Osseointegration）功能的智能植入材料提供了转化路线图。

　　

植入物感染与生物膜的挑战

生物医学和牙科植入物虽革新了医疗领域，但25.6%的医疗相关感染与其相关。植入物突破人体自然屏障的特性使其表面易被细菌定植，形成由胞外聚合物（EPS）构成的生物膜。这种三维结构对抗生素渗透形成物理化学屏障，尤其牙科植入物的复杂几何结构更使机械清创效果受限。生物膜形成分为蛋白质吸附、可逆/不可逆粘附、成熟和扩散四个阶段，受表面粗糙度、疏水性、电荷及宿主免疫状态（如糖尿病、吸烟）调控。

光响应材料的抗菌机制

传统抗菌涂层存在耐药性和爆发释放问题，而光响应材料通过外部可控刺激实现精准抗菌。光热疗法（PTT）依赖金（Au）、二硫化钼（MoS₂）等光热剂在近红外（NIR）下产热破坏膜结构；光动力疗法（PDT）通过光敏剂（如亚甲蓝）激发产生单线态氧（¹O₂）氧化细菌组分。相比之下，光催化技术利用半导体（如TiO₂）受光激发产生的电子-空穴对引发级联氧化反应，无需外源光敏剂，且可重复激活。

可见光催化涂层的设计策略

为规避紫外光（UV）的致癌风险，研究者通过三种策略将TiO₂的带隙从3.2 eV降至可见光范围（1.6-3.0 eV）：

1. 元素掺杂：铋（Bi）掺杂通过PEO工艺在TiO₂中引入中间能级，使涂层在可见光下对血链球菌（S. sanguinis）实现2-log灭活；氮（N）掺杂则通过取代氧原子降低带隙至2.88 eV。
2. 氧空位工程：等离子电解氧化（PEO）制备的TiO₂涂层表面无序层富含氧空位，增强可见光吸收并促进电荷分离。
3. 异质结构建：TiO₂/Bi₂WO₆异质结通过能带对齐将光响应扩展至近红外，在大鼠模型中实现97.8%的MRSA清除率，同时促进成骨细胞分化。

临床转化潜力与挑战

动物实验显示，Cu₂O/UiO-66/Bi₂MoO₆涂层通过双Z型机制在阳光下对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）产生协同抗菌效应，而Ag₂O/SiO₂/Ta₂O₅纳米复合涂层在模拟体液中保持12小时的稳定抗菌性。但当前研究仍面临三大瓶颈：①多数实验采用单一菌种（如E. coli）而非临床多菌种生物膜；②仅5项研究开展体内验证；③长期机械稳定性数据不足，需优化PEO等工艺增强涂层-基体结合力。

未来方向

基于"One Health"理念，可见光催化技术有望整合环境净化（如降解抗生素残留）与医疗植入物抗感染功能。开发可耐受口腔微环境摩擦腐蚀的TiO₂/石墨烯涂层，或结合光学纤维实现深部植入物的按需光照激活，将是下一代抗菌植入物的关键突破点。