近日，西安交通大學(xué)金屬材料強度國家重點實驗室研究人員在鈦種植體表面制備了具有高電子自旋態(tài)的S型鐵磁性Fe3O4/TiO2異質(zhì)結(jié)，研究了自旋電子在促進(jìn)ROS生成、抗菌和細(xì)胞成骨分化中的作用，并將其應(yīng)用于改善種植體相關(guān)性骨髓炎的治療。

研究表明，在超聲波刺激下，異質(zhì)結(jié)中的內(nèi)建電場和電子自旋極化效應(yīng)的協(xié)同作用促進(jìn)了聲激載流子的分離，從而提高了ROS的生產(chǎn)率。同時，異質(zhì)結(jié)中自旋極化電子誘導(dǎo)的微磁場使細(xì)菌的細(xì)胞膜去極化，嚴(yán)重擾亂了細(xì)菌的呼吸鏈。ROS的損傷、細(xì)菌呼吸鏈的紊亂及伴隨的細(xì)菌胞內(nèi)氧化應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)菌死亡。重要的是，異質(zhì)結(jié)通過激活機械敏感通道及其相關(guān)下游信號通路，可促進(jìn)細(xì)胞的成骨分化。該異質(zhì)結(jié)在體內(nèi)骨髓炎模型的清除細(xì)菌感染和骨再生方面中顯示出優(yōu)異的治療效果，為開拓自旋電子在生命健康中的應(yīng)用提供了新的途徑。相關(guān)成果以《鐵磁性生物異質(zhì)結(jié)中的自旋電子極化控制在超聲波治療骨髓炎中的應(yīng)用》（“Electron Spin Polarization Engineering in Ferromagnetic Bioheterojunction for Sonotherapy of Osteomyelitis”）為題發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

西安交通大學(xué)張?zhí)m教授和憨勇教授為論文共同通訊作者，西安交通大學(xué)博士生丁鐵鑫為論文第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委面上項目、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃項目重點基金等項目的支持。