银掺杂多层氧化钇稳定氧化锆/羟基磷灰石涂层的广谱抗菌抗真菌效应及其在骨科植入物中的应用

为解决骨科植入物相关感染这一临床难题，法国索邦巴黎北大学（Université Sorbonne Paris Nord）的研究团队开发了[YSZ/HAp-Ag]n多层涂层。该研究通过射频磁控溅射技术制备了交替沉积氧化钇稳定氧化锆（YSZ）和银掺杂羟基磷灰石（HAp-Ag）的纳米结构涂层，实现对革兰阳性菌（Paenibacillus sp.）和真菌（Penicillium sp.）的完全抑制，同时保持骨整合所需的生物相容性。这项突破为骨科植入物的抗感染表面改性提供了创新解决方案。

　　

骨科植入物感染是临床面临的重大挑战，微生物生物膜在植入物表面形成后，会对抗生素和宿主免疫系统产生顽固抵抗。世界卫生组织警告，到2050年抗菌素耐药感染可能导致每年超5000万人死亡。尤其令人担忧的是，像金黄色葡萄球菌这样的机会致病菌能在植入物表面形成"保护罩"，而传统抗生素对此束手无策。更棘手的是，植入物还面临腐蚀、机械性能下降等问题，这些都可能导致植入失败。

针对这一系列难题，法国索邦巴黎北大学（Université Sorbonne Paris Nord）CB3S实验室的研究团队独辟蹊径，将两种明星材料——氧化钇稳定氧化锆（yttria-stabilized zirconia, YSZ）和羟基磷灰石（hydroxyapatite, HAp）与银纳米颗粒（AgNPs）结合，创造出革命性的[YSZ/HAp-Ag]ⁿ多层涂层。这项发表在《Journal of Orthopaedics》上的研究，为植入物表面改性提供了全新思路。

研究人员采用射频磁控溅射技术，在钛基底上交替沉积YSZ和HAp-Ag层，构建了n=1至70个双层的涂层体系。通过透射电镜、俄歇电子能谱等技术表征涂层结构，并选用Paenibacillus sp.细菌和Penicillium sp.真菌作为测试菌株，评估抗菌性能。

涂层结构特征
透射电镜显示，YSZ层形成纳米晶基质，HAp-Ag层中的银纳米颗粒均匀分布，粒径约100nm。随着双层数增加，晶粒尺寸减小，表面粗糙度降低，这种结构变化显著影响了涂层的疏水性。

抗菌性能突破
所有涂层对Paenibacillus sp.均实现100%抑制。对Penicillium sp.的抑制效果则呈现"两头强中间弱"的特点：n1、n10和n70组完全抑制，而n30和n50组抑制率为61-93%。这种差异归因于表面粗糙度和疏水性的变化影响微生物粘附。

机制探讨
银离子（Ag⁺）的释放是抗菌主要机制，它能穿透微生物膜，破坏DNA和关键酶。此外，活性氧（ROS）的产生和直接膜相互作用也起到辅助作用。值得注意的是，多层结构不仅提供抗菌功能，还通过打断柱状晶生长，显著提升涂层的机械性能和抗腐蚀能力。

这项研究的创新之处在于将三种优势集于一身：YSZ的机械强度、HAp的骨整合能力，以及银的广谱抗菌性。特别是通过调控双层数，研究人员实现了对涂层性能的精确调控，为不同临床需求提供了定制化可能。

研究结论指出，[YSZ/HAp-Ag]ⁿ多层涂层是骨科植入物的理想选择，尤其适用于关节假体和脊柱植入物等骨接触设备。这种涂层不仅能有效预防感染，还能促进骨整合，同时解决植入物腐蚀、磨损等机械问题。随着进一步研究，这项技术有望改写骨科植入物的临床实践，为数百万患者带来福音。