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临时固定装置面临细菌感染、组织过度生长等问题。研究人员在 Ti6Al4V 上溅射两种 Ag 浓度的 ZrO?-Ag 薄涂层，发现低浓度涂层（AL）具抑菌性、细胞相容性，可下调 hMSC 黏附相关基因和蛋白表达，为相关装置研发提供新方向。
在骨科领域，临时固定装置的应用虽能帮助骨折患者度过初期治疗阶段，却也面临着两大棘手难题：一是细菌容易在装置表面定植，引发感染，严重时甚至需要移除装置；二是装置表面可能出现骨组织过度生长，导致后续手术移除时困难重重，极易损伤骨骼。如何让临时固定装置既能稳定骨骼、不干扰骨愈合，又能抑制细菌黏附、防止组织过度生长，成为亟待解决的科学问题。
为攻克这些难题，相关研究机构的研究人员开展了一项针对临时固定装置表面涂层的创新研究。他们在 Ti6Al4V（钛合金）基体上，通过溅射技术制备了掺银氧化锆基（ZrO?-Ag）薄涂层，并对两种不同银浓度的涂层展开深入研究：低银浓度（0.2% at Ag，AL）涂层旨在发挥抑菌作用，高银浓度（0.5% at Ag，AH）涂层则侧重抗菌性能。该研究成果发表在《Biomaterials Advances》，为临时固定装置的表面改性提供了重要的理论和实验依据。
研究人员采用了一系列关键技术方法来探究涂层的性能。在物理化学表征方面，运用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等技术对涂层的形貌、元素组成及银离子释放行为进行分析；通过接触角测量仪测定涂层的润湿性，利用表面轮廓仪检测涂层的粗糙度（Ra）；借助划痕试验和胶带剥离试验评估涂层与基体的结合强度。在生物学表征中，以人骨髓间充质干细胞（hMSC）为模型，通过细胞活性检测（如 Alamar Blue 代谢 assay）评估涂层的细胞相容性；针对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），采用菌落形成单位（CFU）计数和荧光死活染色等方法验证涂层的抗菌性能。此外，还运用转录组学（RNA-seq）和蛋白质组学（质谱分析）结合生物信息学分析，深入探究涂层对细胞黏附相关基因和蛋白表达的调控机制。
3.1 表面物理化学性能
研究发现，制备的 ZrO?-Ag 涂层具有良好的物理化学稳定性。涂层颜色随银浓度不同而变化（AL 呈紫色，AH 接近蓝色），便于临床区分。胶带剥离试验显示涂层附着力优异（5B 等级，0% 剥离），划痕试验中临界载荷（Lc1 和 Lc2）表明涂层与基体结合牢固。涂层表面粗糙度（Ra=0.10-0.13 μm）低于细菌黏附阈值（0.2 μm），有利于减少细菌定植。银离子释放实验表明，涂层在 28 天内持续释放银离子，且释放量低于细胞毒性阈值（LD50?0.4 mg/L），其中 AL 释放量较低，主要发挥抑菌作用，AH 释放量较高，具备抗菌活性。氧化锆基体稳定性高，锆离子释放量极低，证实了涂层的长期化学稳定性。
3.2 生物学性能
抗菌实验显示，AL 和 AH 涂层均能显著降低金黄色葡萄球菌的黏附与代谢活性。AL 主要通过抑制细菌黏附发挥抑菌作用，而 AH 因银浓度较高，可直接杀灭细菌。细胞相容性实验表明，AL 涂层虽看似降低 hMSC 的代谢活性，但进一步研究发现，大量细胞未黏附于涂层表面，而是以存活状态存在于上清液中，证实 AL 具有非毒性抗黏附作用；AH 则因银浓度过高，对细胞产生毒性。
3.3 OMICS 分析
转录组学研究发现，与 Ti 基体相比，hMSC 在 AL 涂层上培养时，71 个黏附相关基因（如钙黏蛋白家族、整合素亚基 ITGA6 和 ITGA2）表达下调，涉及细胞 - 细胞黏附、细胞 - 基质黏附等生物过程。蛋白质组学分析证实，黏附相关蛋白（如 Talin、RhoA）表达减少，同时热休克蛋白（HSP）家族成员表达上调，可能与银离子诱导的细胞应激反应有关。生物信息学分析显示，转录组和蛋白质组数据在黏附相关通路中高度一致，进一步验证了 AL 涂层通过调控黏附基因和蛋白表达抑制细胞黏附的机制。
3.4 OMICS 谱相似性分析
通过欧氏距离和余弦距离分析转录组与蛋白质组数据的相似性，发现两者在黏附相关生物功能（如黏着斑、细胞 - 基质连接）上具有显著一致性，表明 AL 涂层对细胞黏附的抑制作用是基因和蛋白表达层面共同调控的结果，而非细胞凋亡所致。
这项研究成功开发了一种兼具抑菌性、细胞相容性和抗黏附性能的 ZrO?-Ag 涂层。AL 涂层通过下调黏附相关基因（如 PCDHB8、ITGA6）和蛋白（如 Talin、RhoA）的表达，有效抑制细胞和细菌黏附，同时保持细胞存活，避免了组织过度生长和感染风险，为临时固定装置的临床应用提供了理想的表面改性策略。该研究不仅解决了临时固定装置面临的关键问题，还为生物医学涂层的设计提供了新的思路，有望推动骨科植入物领域的技术革新。
