近日，北京化工大学材料科学与工程学院徐福建、段顺教授团队在《Advanced Materials》上发表了题为Surface-Engineered Orthopedic Implant to Break the Antimicrobial-Osteogenic Paradox at Biointerfaces in the “Race for the Surface”的研究论文。

   在骨科和口腔种植领域，植入物相关感染与骨整合不良始终是亟待突破的两大难题。本研究提出了一种具有理论原创性与工程适配性的表面化学调控策略，实现了高选择性抗菌与成骨诱导性能的协同兼顾。该策略以“表面竞争”理论为出发点，精准调控植入体表面的化学结构，使其在细菌与宿主细胞竞争性定植的关键窗口期，助力哺乳动物细胞赢得“界面占领权”。

研究中，团队通过便捷的多酚-胺介导共价修饰技术，将季铵基团（Q）与磷酸基团（A）协同引入植入体表面，构建了具备双功能调控能力的Ti-AQ复合涂层。季铵基团作为接触性抗菌结构，可通过电荷作用与膜破坏机制，实现对细菌的快速杀灭；而磷酸基团则可模拟骨外基质中天然的成骨信号，诱导骨髓间充质干细胞（BMSCs）黏附、增殖与成骨分化，且不影响其抗菌性能。重要的是，该研究通过系统调控Q/A比例，获得了性能最优的Ti-AQ-2组涂层，在不释放杀菌剂的条件下，实现了对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌超99%的杀灭率，并显著提升成骨相关基因表达和骨形成能力。

在机理层面，研究系统揭示了表面化学结构调控生物界面响应的多层次作用路径：抗菌方面，Ti-AQ-2通过抑制细菌细胞壁合成、干扰其代谢途径、降低ATP水平，破坏其膜结构，实现高效杀菌；成骨方面，涂层通过磷酸基团螯合钙离子，建立局部高钙微环境，进一步通过激活Ca²⁺通道引发CaM/CAMKII信号通路，驱动BMSCs成骨分化。除此之外，研究还发现Ti-AQ表面可诱导巨噬细胞向修复型M2表型极化，形成有利于骨愈合的免疫微环境，将抗感染-促成骨-免疫调控三者功能统一于同一表面设计中，为构建多功能一体化的新型植入体提供了新范式。

该论文第一作者为北京化工大学2025届博士毕业生孙美州（石河子大学定向培养师资博士研究生），共同第一作者为首都医科大学附属北京口腔医院博士生徐弛。徐福建教授、段顺教授、孙玉洁副主任医师为论文的共同通讯作者。本研究获得国家自然科学基金重大项目的资助。

文章信息：Meizhou Sun, Chi Xu, Ruonan Wu, Qian Yang, Xiaokang Ding, Nana Zhao, Wei Geng, Yujie Sun,* Shun Duan,* and Fu‐Jian Xu,* Surface-Engineered Orthopedic Implant to Break the Antimicrobial-Osteogenic Paradox at Biointerfaces in the “Race for the Surface”, Adv. Mater. 2025, 202506113.

DOI: 10.1002/adma.202506113