糖尿病是一种慢性代谢性疾病，其病理特征包括高血糖、过量的活性氧（ROS）以及晚期糖基化终产物（AGEs）的积累。这些病理因素在伤口愈合过程中常引发持续性炎症、复发性感染以及组织再生延迟等问题。钛（Ti）合金因其高强度、耐腐蚀性和良好的生物相容性被广泛应用于硬组织修复。然而，Ti合金的生物惰性使其无法调节炎症或抵抗细菌粘附，导致在糖尿病患者中植入物的失败率较高，这一问题在经皮Ti植入物（如经皮假体和种植牙）中尤为突出。如何设计经皮Ti植入物的表面微结构，使其能够按需清除细菌，同时调节炎症微环境促进植入物表面组织整合，对于糖尿病患者来说尤为重要。

近日，西安交通大学金属材料强度全国重点实验室的研究人员在Ti种植体表面构建了由Na₂TiO₃纳米管、CeO₂纳米点及聚多巴胺（PDA）组成，具有双催化模式的复合涂层，以操纵ROS的生成和清除，从而达到抗菌和促进组织再生的目的。Na₂TiO₃和CeO₂形成的异质结及两者晶格中的氧空位（VOs）有助于电子-空穴对的分离。在NIR模式下，涂层展现出优异的光热和光动力性能，产生局部高温和大量的ROS协同高效杀菌；在非NIR模式下，CeO₂纳米点和PDA展现出类似超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的酶活性，将ROS（例如·O₂⁻和H₂O₂）彻底转化为无害的O₂和H₂O，减轻微环境的氧化应激，加速M2型巨噬细胞表型的转变，促进内皮细胞和成纤维细胞的生物功能恢复及糖尿病模型中植入物周围的组织再生。

这项工作提出了一种具有双催化模式的种植体表面微结构构建策略，通过操纵ROS生成和清除，实现了感染清除、炎症反应调节，促进了Ti植入物在糖尿病微环境中生物整合。该成果以《一种调控活性氧以加速感染性糖尿病伤口中植入物生物整合的双重催化模式》（A Dual-catalysis Mode for ROS Regulation to Accelerate Biointegration of Implants in Infected Diabetic Wound）为题发表于国际著名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)。

图1. 钛表面PDA@CeO₂-Na₂TiO₃涂层的制备工艺及其在糖尿病微环境中抗菌、免疫调节和促进组织整合的作用示意图

图2. (a), (b)CeO₂-Na₂TiO₃涂层形貌及元素分布，(c) PDA@CeO₂-Na₂TiO₃涂层微观结构，(d) NIR激发下涂层的MB降解曲线，(e) NIR激发下涂层的光电流曲线，(f) NIR激发下涂层的ROS产生机理，(g)NIR激发下涂层抗菌率，(h) 涂层ROS清除效率，(i) H₂O₂损伤3 d后巨噬细胞分型结果，(j) H₂O₂损伤1 d后巨噬细胞ROS荧光强度，(k) H₂O₂损伤后的内皮细胞的细胞活力检测结果，(l) H₂O₂损伤后成纤维细胞的细胞活力检测结果，(m) 糖尿病大鼠体内植入样品8 d后的Masson染色图像及(n) 组织整合过程机理图。

西安交通大学张兰教授和憨勇教授为本论文的共同通讯作者，西安交通大学博士生解慧慧为本论文的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委面上项目、陕西省自然科学基础研究计划项目杰出青年基金、重点基金、金属材料强度全国重点实验室开放课题的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202423015

张兰教授个人主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/lan.zhang

憨勇教授个人主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/yonghan