Rapid Biofilm Eradication on Bone Implants Using Red Phosphorus and Near‐Infrared Light

生物膜 光热治疗 体内 材料科学 生物相容性 生物医学工程 金黄色葡萄球菌 植入 微生物学 纳米技术 生物 外科 细菌 医学 生物技术 冶金 遗传学
作者
Lei Tan,Jun Li,Xiangmei Liu,Zhenduo Cui,Xianjin Yang,Shengli Zhu,Zhaoyang Li,Xubo Yuan,Yufeng Zheng,Kwk Yeung,Haobo Pan,Xianbao Wang,Shuilin Wu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (31) 被引量:393
标识
DOI:10.1002/adma.201801808
摘要

Abstract Bone‐implant‐associated infections are common after orthopedic surgery due to impaired host immune response around the implants. In particular, when a biofilm develops, the immune system and antibiotic treatment find it difficult to eradicate, which sometimes requires a second operation to replace the infected implants. Most strategies have been designed to prevent biofilms from forming on the surface of bone implants, but these strategies cannot eliminate the biofilm when it has been established in vivo. To address this issue, a nonsurgical, noninvasive treatment for biofilm infection must be developed. Herein, a red‐phosphorus–IR780–arginine–glycine–aspartic‐acid–cysteine coating on titanium bone implants is prepared. The red phosphorus has great biocompatibility and exhibits efficient photothermal ability. The temperature sensitivity of Staphylococcus aureus biofilm is enhanced in the presence of singlet oxygen ( 1 O 2 ) produced by IR780. Without damaging the normal tissue, the biofilm can be eradicated through a safe near‐infrared (808 nm) photothermal therapy at 50 °C in vitro and in vivo. This approach reaches an antibacterial efficiency of 96.2% in vivo with 10 min of irradiation at 50 °C. Meanwhile, arginine–glycine–aspartic‐acid–cysteine decorated on the surface of the implant can improve the cell adhesion, proliferation, and osteogenic differentiation.
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