微纳米结构钛表面离子预加载优化Sr/Zn-磷酸盐转化涂层的结构及其在细菌感染控制和骨再生中的协同作用

为解决钛植入体表面生物惰性、抗菌不足及腐蚀风险等问题，研究人员通过离子预加载（IPL）策略调控钛表面微/纳米结构，优化了锶锌磷酸盐（SrZnP）转化涂层的晶体结构与界面反应。研究证实，IPL处理可细化涂层晶体、提升力学性能与耐腐蚀性，并实现金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）抑制率分别达91.09%和84.04%，同时显著促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化。该研究为感染性骨缺损修复提供了新型功能性涂层设计思路。

　　

钛及其合金因其优异的机械性能和生物相容性，被广泛应用于骨科和牙科植入物。然而，纯钛表面的生物惰性导致其与骨组织整合不足，且缺乏抗菌能力，易引发植入体周围感染。此外，长期服役中钛表面可能因腐蚀释放纳米颗粒，诱发炎症反应。尽管磷酸盐转化涂层（PCC）能整合功能性成分（如Sr²⁺和Zn²⁺），但钛表面钝化氧化层阻碍了化学反应的进行，限制了涂层的性能优化。如何通过界面调控提升涂层的结构均匀性和生物功能，成为当前研究的难点。

为解决上述问题，山东第一医科大学和山东省立医院的研究团队提出了一种离子预加载（IPL）策略，通过调控钛表面化学活性，优化锶锌磷酸盐（SrZnP）转化涂层的晶体结构与性能。相关成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。

研究采用酸蚀（SA）、喷砂酸蚀（SLA）、碱蚀（SLAA）和离子预加载（IPL）四种预处理方法修饰钛基底，随后通过磷酸盐化学转化法（PCC）制备SrZnP涂层。关键实验技术包括：场发射扫描电镜（FE-SEM）分析形貌，X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征相组成，电化学测试评估耐腐蚀性，以及体外抗菌实验（针对S. aureus和E. coli）和BMSCs成骨分化实验（ALP染色、ARS染色及RT-PCR）。

微结构与相组成分析
FE-SEM显示，IPL处理的钛表面形成均匀细小的立方晶SrZn₂(PO₄)₂晶体（粒径1-2 μm），而SA、SLA和SLAA组晶体尺寸差异显著（5-20 μm）。XRD和FTIR证实所有涂层均为单一SrZn₂(PO₄)₂相，说明预处理仅影响晶体形貌而非组成。

力学与腐蚀性能
IPL涂层厚度最低（14 μm），但结合强度最高（28 MPa），归因于活性界面反应促进晶体致密化。电化学测试中，IPL组的极化电阻（R_p）达1213.70 kΩ·cm²，显著优于其他组，表明其耐腐蚀性最优。

抗菌与成骨性能
IPL涂层对S. aureus和E. coli的抑制率分别达91.09%和84.04%，优于其他组（P<0.01），归因于Zn²⁺持续释放和纳米拓扑结构的接触抑制效应。BMSCs实验显示，IPL组ALP活性（14天）和钙结节沉积（ARS染色）均显著提升，Runx2和OCN基因表达上调2-3倍，证实其成骨活性最优。

结论与意义
该研究通过IPL策略激活钛表面化学活性，实现了SrZnP涂层的晶体细化和功能强化。涂层的多尺度结构（微米级粗糙度与纳米级晶体）协同Zn²⁺/Sr²⁺释放，兼具抗菌与促成骨双重功能，为感染性骨缺损修复的植入体表面设计提供了新思路。未来研究可进一步探索涂层在体内的长期稳定性及免疫调控机制。