香港大学李嘉诚医学院（港大医学院）临床医学学院矫形及创伤外科学系的研究团队，成功研发出一种可由近红外线启动的钛金属植入物涂层，只需以近红外线单次照射15分钟，即可快速清除金黄葡萄球菌生物膜达到99.94%，更无需使用抗生素，亦能同时促进骨骼与植入物的融合。该设计以二氧化钛为基础，而二氧化钛亦是钛金属天然表面氧化层中的相同化合物，这一特点或许为其与现有钛金属植入物的配合应用及未来临床转化带来优势。这项技术有望应用于多种常见骨科植入物，包括关节置换、骨折内固定装置、脊椎融合器、牙科植体及颅颜植入物等，为植入物感染问题提供全新的解决方案。相关研究成果已刊于国际期刊《Cell Biomaterials》，并成为封面故事。

植入物相关感染是骨科手术的一大挑战。当细菌于植入物表面形成生物膜，便会对抗生素及患者的免疫系统产生耐药性。患者往往需要接受反复清创、翻修手术和长期使用高剂量全身性抗生素，这些治疗程序延长了康复时间、增加医疗开支，亦可能加剧抗生素耐药风险，以致出现反复感染。

领导此研究的港大医学院临床医学学院矫形及创伤外科学系教授杨伟国教授表示：“植入物相关感染是导致植入物失效的重要原因。细菌一旦在植入物表面产生并形成生物膜，通常难以清除，并往往会引致持续发炎，令植入物未能固定，最终造成松脱甚至失效。”

杨伟国教授续指：“现有抗菌涂层虽能提供一定保护，但多依赖外加药剂，如抗生素、金属离子或复杂生物活性分子。这些方法载药量有限，释放剂量也难以精准控制，还可能有潜在毒性，而且药效消退后抗菌功能便会随之消失。因此，临床上亟需一种新技术，可在体内原位启动、效果可控持久，既能高效清除生物膜，又能促进骨骼与植入物的融合，而无需使用额外药物。这正是我们的研究方向。”

光热效应迅速杀菌
现时广泛应用于骨科手术的钛金属及其合金植入物涂层，具有一层天然形成的二氧化钛薄膜，它具有良好生物相容性，但缺乏主动抗菌和促成骨骼生长的能力。当金黄葡萄球菌等细菌在钛涂层上形成生物膜后，单靠抗生素难以根除细菌，令患者常需接受侵入性翻修手术。

港大医学院团队以模板辅助技术，在钛涂层精准构建纳米蜂窝状结构，进行氢化处理引入氧空位，制成可遥距启动的智能涂层。在近红外线照射下，这种智能涂层可同步产生活性氧和温和的局部光热效应，迅速破坏生物膜结构并杀灭细菌。

在体外实验中，单次15分钟照射智能涂层，即可清除99.94%金黄葡萄球菌；在大鼠胫骨缺损感染模型中同样能消除91.58%的生物膜。与传统钛植入物相比，智能涂层可显著减少生物膜残留、脓液形成及局部炎症反应。同时，该涂层有效调节免疫反应并促进骨骼生长，显著提升植入物周围的新骨形成。

优化骨骼免疫微环境助新骨生成
除了强效的抗菌性能外，研究亦证实这种新型植入物涂层能有效调控免疫反应。它可促使巨噬细胞由持续的“促炎状态”，转向有助组织修复的“促愈合状态”，改善局部组织修复环境，吸引更多成骨细胞并促进其分化，明显有助新骨生成，令植入物更快、更稳定地与骨骼融合。这证明了新技术不但能抗感染，亦可加速骨融合，弥补现有植入物的不足。

杨伟国教授表示：“我们研发的新型植入物涂层在‘不添加药剂’的情况下，不仅展现出强效的抗菌和促成生骨能力，同时具备极高的转化潜力。这项技术完全依赖现有植入物材料，制造流程成熟，有利于监管审批、规模化生产及临床应用，未来将可广泛改善骨科手术成效，惠及更多患者。”

这项研究由港大医学院临床医学学院矫形及创伤外科学系教授杨伟国教授领导。第一作者为同学系的助理教授（研究）祝亦周博士。此项研究获得多项资助支持，包括国家重点研发计划、中国国家自然科学基金、深圳市科技创新委员会、广东省基础与应用基础研究基金，以及国家杰出青年科学基金；中华人民共和国香港特别行政区政府研究资助局优配研究金及协作研究金、创新科技署创新及科技基金、医务卫生局医疗卫生研究基金、国家自然科学基金委员会及研究资助局联合科研资助基金等。