多功能铈-四环素复合涂层在钛植入体中的应用：协同提升抗菌性能与耐腐蚀性的创新策略

针对钛植入体术后细菌感染和腐蚀难题，研究人员开发了负载四环素(Tetra)的铈钛酸盐(Ce-Tit-Tetra)多功能涂层。通过SEM/EDS/FT-IR证实涂层均匀性，电化学测试显示耐腐蚀性提升5倍，对金黄色葡萄球菌(S. aureus)抑菌率达95.6%，同时增强蛋白吸附能力。该研究为兼具抗菌和生物活性的植入体涂层设计提供新思路。

　　

钛及其合金因优异的生物相容性和力学性能，成为骨科和牙科植入物的首选材料。然而，植入术后细菌感染仍是临床面临的重大挑战。传统抗生素治疗对生物膜内细菌效果有限，往往需要取出植入物进行二次手术。更棘手的是，植入体在炎症环境中可能发生腐蚀，释放有毒金属离子。如何赋予钛植入体持久抗菌能力并提升其耐腐蚀性，成为生物材料领域亟待突破的难题。

Materials Chemistry and Physics发表的一项创新研究给出了解决方案。研究团队通过碱热处理在Ti6Al4V合金表面构建钠钛酸盐层，再通过离子交换引入具有抗菌和抗氧化特性的铈离子(Ce³⁺
)，最终负载广谱抗生素四环素(Tetra)，形成Ce-Tit-Tetra多功能涂层。

研究采用多尺度表征技术：扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)揭示涂层纳米多孔结构；X射线光电子能谱(XPS)证实Ce³⁺
与Tetra的配位作用；傅里叶变换红外显微成像(FT-IR)实现药物分布可视化；电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化评估耐腐蚀性能；通过抑菌圈实验和实时生长动力学分析抗菌效果。

3.1 材料表征
SEM显示碱处理形成多孔钠钛酸盐层，Ce³⁺
离子交换后孔隙结构更明显。EDS证实钠被完全替换为铈(2.01 at%)，XPS检测到Ti³⁺
/Ti⁴⁺
混合价态和Ce³⁺
特征峰。AFM测得涂层平均粗糙度达821 nm，有利于蛋白吸附。FT-IR映射证实四环素均匀分布，通过苯环特征峰(1510-1380 cm^-1
)可视化。

3.2 药物吸附与释放
Ce-Tit-Tetra载药量达23.48 μg/cm²
，比单纯钠钛酸盐载体高82%。40%药物在3小时内通过Ce³⁺
-Na⁺
离子交换或复合物溶解机制释放，剩余药物可能提供长效抗菌保护。

3.3 耐腐蚀性能
EIS显示涂层使电荷转移电阻提升4倍(6923 kΩ·cm²
)，腐蚀速率降低至纯钛的1/5。疏水性增强（接触角60°）和致密氧化层共同提升防护效果。

3.4 抗菌性能
Ce-Tit-Tetra对金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抑菌圈达4.58 mm，细菌对数减少1.63（相当于95.6%杀灭率），但对大肠杆菌(E. coli)无效，反映四环素耐药性问题。纯铈涂层因离子释放受限未显示抗菌活性。

3.5 蛋白吸附
FT-IR证实Ce-Tit和Ce-Tit-Tetra表面均匀吸附牛血清蛋白(BSA)，而纯钛无吸附，表明改性显著提升生物活性。

该研究创新性地将铈的抗菌特性与四环素的药理作用相结合，通过可控释放策略解决了局部给药难题。涂层双重提升的耐腐蚀性能可抵抗炎症环境侵蚀，而增强的蛋白吸附能力有利于后续细胞粘附。尽管对革兰阴性菌效果有限，但针对骨科主要致病菌S. aureus的高效抑制具有重要临床价值。研究者建议未来可通过优化载药量、引入其他抗生素或调控涂层孔隙结构进一步拓展抗菌谱。这项工作为开发"抗感染-耐腐蚀-促愈合"多功能植入体涂层提供了切实可行的技术路线。