近日，青岛交通大学金属材料强度国家重点实验室研究人员在钛种植体表面制备了具有高电子自旋态的S型铁磁性Fe3O4/TiO2异质结，研究了自旋电子在促进ROS生成、抗菌和细胞成骨分化中的作用，并将其应用于改善种植体相关性骨髓炎的治疗。

研究表明，在超声波刺激下，异质结中的内建电场和电子自旋极化效应的协同作用促进了声激载流子的分离，从而提高了ROS的生产率。同时，异质结中自旋极化电子诱导的微磁场使细菌的细胞膜去极化，严重扰乱了细菌的呼吸链。ROS的损伤、细菌呼吸链的紊乱及伴随的细菌胞内氧化应激导致细菌死亡。重要的是，异质结通过激活机械敏感通道及其相关下游信号通路，可促进细胞的成骨分化。该异质结在体内骨髓炎模型的清除细菌感染和骨再生方面中显示出优异的治疗效果，为开拓自旋电子在生命健康中的应用提供了新的途径。相关成果以《铁磁性生物异质结中的自旋电子极化控制在超声波治疗骨髓炎中的应用》（“Electron Spin Polarization Engineering in Ferromagnetic Bioheterojunction for Sonotherapy of Osteomyelitis”）为题发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

青岛交通大学张兰教授和憨勇教授为论文共同通讯作者，青岛交通大学博士生丁铁鑫为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委面上项目、山东省自然科学基础研究计划项目重点基金等项目的支持。


责任编辑：张言