香港大學李嘉誠醫學院領導的團隊研發了一種可由近紅外線體外啟動的鈦金屬植入物塗層。在實驗條件下，單次照射 15 分鐘即可快速清除骨科植入物上的生物膜，清除率達到 99.94%，而無需使用抗生素。這一成果有望應用於多種常見骨科植入物，包括關節置換、骨折內固定裝置、脊椎融合器、牙科植體、顱顏植入物等，解決感染隱憂。相關研究成果已刊於《Cell Biomaterials》並獲選為封面故事。

論文：

• https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00204-1

研究背景

植入物相關感染，是骨科手術的一大挑戰。當細菌於植入物表面形成生物膜，往往會對抗生素及患者免疫系統產生耐藥性／抵抗性，也可能造成植入物鬆脫甚至失效。患者或需要反覆清創，接受多次翻修手術，長期使用高劑量全身性抗生素等。

現有的植入物抗菌塗層，雖能提供一定保護，但多依賴外加藥劑，如抗生素、金屬離子或複雜生物活性分子，其載藥量有限，釋放劑量也難以精準控制，還可能有潛在毒性，而且藥效會逐漸消退。

研究成果

港大醫學院臨床醫學學院矯形及創傷外科學系楊偉國教授領導的團隊，基於現時廣泛應用於骨科植入物的二氧化鈦塗層，精準構建納米蜂窩狀結構，並施以氫化處理，引入氧空位。

該結構可更好地吸收近紅外線，產生電子 — 空穴對並維持較長時間，有效把周圍的氧／水轉化為活性氧，及產生溫和的局部光熱效應，迅速破壞生物膜及殺菌。此外，這亦可有效調控免疫反應，使巨噬細胞由持續的促炎狀態轉為組織修復狀態，促進成骨分化和新骨生成，令植入物更快、更穩定地與骨骼融合。

在體外實驗中，單次 15 分鐘照射智能塗層，即可清除 99.94% 金黃葡萄球菌；在大鼠脛骨缺損感染模型中，同樣能消除 91.58% 的生物膜。與傳統鈦植入物相比，這款智能塗層可顯著減少生物膜殘留、膿液形成及局部炎症反應。

在大鼠脛骨模型中，手術後第 14 天，使用傳統鈦（左上）會出現明顯分泌物和膿液；使用新的氫化納米蜂窩（右上）則未見明顯分泌物或膿液；

染色組織切片（下）進一步顯示，使用傳統鈦在第 14 天可見大量細菌（圖內紅點），而使用氫化納米蜂窩幾乎檢測不到細菌，證明其優越的體內抗菌能力

楊偉國教授表示，本研發的關鍵在於，在不添加藥劑的情況下展現出強效的抗菌和促成生骨能力，同時具備極高的轉化潛力，其完全依賴現有植入物材料，而且製造流程成熟，有利於監管審批、規模化生產及臨床應用。

研究團隊

論文第一作者是港大醫學院矯形及創傷外科學系助理教授（研究）祝亦周博士。主要通訊作者是楊偉國教授，其他通訊作者包括：東華大學的 Xuanyong Liu、北京大學的 Shuilin Wu、河北工業大學的 Xiangmei Liu。

港大研究團隊，由楊偉國教授（中）領導

來源：香港大學

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