《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》：Construction of a nanobismuth-loaded hydroxyapatite coating on titanium surface and its antibacterial-osteogenic performance study
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本研究针对种植体周围炎和早期骨整合难题，通过相转化溶菌酶(PTL)功能化钛表面，构建了负载铋纳米颗粒(BiNPs)的羟基磷灰石(HA)复合涂层。该涂层展现出>90%的早期抗菌率（对浮游菌和黏附菌）和良好的成骨细胞相容性，为预防种植体感染和促进骨整合提供了双功能策略。
在口腔种植领域，钛及钛合金因其优异的生物相容性和机械性能成为种植体的首选材料。然而，纯钛表面的生物惰性往往导致骨整合速度缓慢，且种植体植入后早期细菌感染引发的种植体周围炎是导致种植失败的主要原因之一。传统抗生素预防策略存在局部浓度不足和耐药菌产生的风险，而单一羟基磷灰石涂层虽能促进成骨却缺乏抗菌能力。因此，开发兼具抗菌和成骨活性的多功能种植体表面涂层成为当前研究的热点。
近期发表于《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》的一项研究提出了一种创新解决方案。该研究团队在钛表面成功构建了负载铋纳米颗粒的羟基磷灰石复合涂层，旨在同时应对早期细菌感染和促进骨整合的双重挑战。铋纳米颗粒作为一种新兴的抗菌材料，具有广谱抗菌活性、低耐药性诱导风险和良好的生物相容性，而羟基磷灰石则能模拟天然骨矿物成分，显著促进成骨细胞活性。通过相转化溶菌酶对钛表面进行预处理，为后续羟基磷灰石的仿生矿化和铋纳米颗粒的静电吸附提供了理想平台。
研究团队运用了几项关键技术方法：首先采用相转化溶菌酶对纯钛片进行表面功能化修饰；随后通过仿生矿化法在修饰后的表面制备羟基磷灰石涂层；接着通过化学还原法合成铋纳米颗粒，并使用透射电子显微镜等技术对其形貌和尺寸进行表征；最后通过静电吸附将铋纳米颗粒负载于羟基磷灰石涂层上。抗菌性能测试选用金黄色葡萄球菌和戈登链球菌作为模型菌株，通过菌落计数法和荧光染色评估涂层对浮游菌和黏附菌的抑制作用。细胞实验则采用MC3T3-E1前成骨细胞系，通过LDH活性检测、CCK-8增殖实验和细胞骨架染色评价涂层的细胞相容性和成骨活性。
表面表征
扫描电子显微镜结果显示，相转化溶菌酶修饰的钛表面呈现明显的串珠状微观结构，羟基磷灰石涂层组显示片状晶体交错覆盖表面，而复合涂层组则呈现由互连纳米结构组成的网络状形貌。X射线光电子能谱和能量色散X射线光谱分析证实了羟基磷灰石和铋元素的成功引入，铋纳米颗粒呈球形，尺寸约为20-30纳米。接触角测量表明复合涂层显著提高了钛表面的亲水性。
抑制生物膜形成
扫描电子显微镜观察发现，复合涂层表面细菌数量显著减少，且细菌形态出现明显凹陷和损伤迹象。抗菌实验数据显示，复合涂层对浮游菌和黏附菌的早期抑制率均达到约90%，虽随培养时间延长有所下降，但仍保持较高抗菌活性。激光共聚焦显微镜荧光染色显示复合涂层表面超过99%的细菌被染为红色（死菌），而纯钛组则观察到大量绿色荧光（活菌）。
细胞毒性
乳酸脱氢酶活性检测表明，复合涂层组在培养1天和4天后均表现出较低的细胞毒性，与羟基磷灰石涂层组无显著差异，证明铋纳米颗粒的引入未增加细胞损伤风险。
细胞增殖
CCK-8实验结果显示，复合涂层组和羟基磷灰石涂层组的细胞活力均显著高于纯钛和相转化溶菌酶修饰组，表明涂层具有良好的促进成骨细胞增殖能力。
细胞粘附
细胞骨架染色显示，复合涂层组和羟基磷灰石涂层表面的细胞铺展更充分，肌动蛋白细胞骨架结构更发达，表明涂层为细胞粘附提供了更有利的微环境。
研究结论表明，通过相转化溶菌酶介导的表面功能化、仿生矿化羟基磷灰石涂层构建和铋纳米颗粒负载，成功在钛种植体表面制备了具有抗菌-成骨双功能特性的复合涂层。该涂层在早期可有效抑制细菌生物膜形成，同时对成骨细胞表现出良好的生物相容性和促增殖、粘附作用。值得注意的是，铋纳米颗粒在体内可通过氧化溶解转化为可溶性Bi(III)离子并被清除，具有较好的生物安全性。
该研究的创新之处在于首次将铋纳米颗粒与羟基磷灰石涂层结合应用于种植体表面改性，并采用环境友好的抗坏血酸还原法合成铋纳米颗粒。复合涂层通过简单的浸涂工艺实现，具有良好的临床应用前景。未来研究可着眼于通过层层自组装等技术实现功能成分的控释，以延长抗菌作用的持续时间。这项研究为开发新一代多功能种植体表面涂层提供了新思路，对预防种植体周围炎和提高种植长期成功率具有重要意义。
