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校对夏雨图片来源：非晶中国大数据库锆基非晶合金凭借其独特的非晶态结构，拥有强度高、耐磨性耐腐蚀性强、生物相容性好等特点，被誉为外科手术器械及植入物材料的最理想材料之一。能否在锆基非晶材料表面制造微结构，保持锆基非晶合金非晶态同时，使得抗菌性能能够得到进一步提高，不仅具有重要学术价值，同时具有较高的临床应用价值。
为提高锆基非晶合金表面的抗菌性能，近日，广东工业大学机电工程学院ACTCC王成勇教授团队联同香港理工大学赵昕教授团队，报道了一种锆基非晶合金高效抗菌表面的制造方法。该方法结合飞秒激光微纳加工技术、纳米银附载及表面活化技术，实现了锆基非晶合金微结构-元素高效抗菌表面的制造，在保证了材料非晶态和生物相容性的同时极大提升了材料的抗菌性。相关工作以题为“Structure-ElementSurfaceModificationStrategyEnhancestheAntibacterialPerformanceofZr-BMGs”于美国化学会旗下著名期刊ACSAppliedMaterialsInterfaces（IF=9.）上在线发表。论文第一作者为广东工业大学ACTCC团队杜策之博士后，ACTCC团队王成勇教授和香港理工大学赵昕教授同为通讯作者。香港理工大学杨雨禾博士，广东工业大学张涛和郑李娟教授为共同作者。
针对现有锆基非晶合金表面抗菌性不足的问题，本研究以构建结构-元素复合抗菌表面为目标，首先利用飞秒激光微纳制造技术，实现了非晶合金表面无序颗粒（NP）和周期性线阵列（LIPSS）两种纳米结构的制造，并维持了表面的非晶态，实现了锆基非晶合金表面结构抗菌性（抗细菌粘附性）的提升。同时，激光加工过程中的微氧化也提升了非晶合金自身抗菌元素（Cu、Ni）的释放量，略微增强了材料的元素抗菌性（杀菌性）。但是，锆基非晶合金自身抗菌元素释放提升（尤其是Ni元素）会导致细胞毒性的增加，降低非晶合金的医用价值。基于此，本研究进一步对锆基非晶合金结构抗菌表面实行化学处理，实现银纳米颗粒附载（AgNO3处理）和活化（H2O2处理），显著提升了锆基非晶合金表面元素抗菌性。研究结果表明，锆基非晶合金NP结构表面在化学处理后元素抗菌性最佳，但生物相容性较差。而经过化学处理，LIPSS结构表面在获得优异结构抗菌性和元素抗菌性的同时，具备与原始表面类似的生物相容性。
图1锆基非晶合金结构-元素抗菌表面制造步骤（A）和抗菌机制（B）示意图
图2锆基非晶合金表面银纳米颗粒附载（AgNO3处理）和活化（H2O2处理）前后形貌特征
图3锆基非晶合金抗菌表面XRD图谱（A）；激光加工表面Cu（B）、Ni（C）元素XPS图谱；银纳米颗粒附载（AgNO3处理）和活化（H2O2处理）后表面Cu（D）、Ni（E）元素XPS图谱
图4锆基非晶合金表面结构-元素复合抗菌机制
图5非晶合金植入区小鼠肌肉组织切片分析（红色箭头为纤维化细胞区域）
综上所述，本研究提出了一种锆基非晶合金抗菌表面的制造策略，综合运用飞秒激光微纳加工技术和化学处理技术，实现了锆基非晶表面抗菌性的显著提升，最终获得了具有较好生物相容性的锆基非晶合金结构-元素复合抗菌表面。本研究为非晶合金手术刀、接骨板和止血钳等医疗器械抗菌表面制造提供了参考。
本研究得到了广东省基础与应用基础研究重大项目“新一代非晶合金的设计、制备及先进制造基础研究”、国家自然科学基金重点项目“非晶合金微创手术器械精密高效制造理论与工艺”、香港特别行政区研究资助局基金及香港理工大学研究基金的支持。
杜策之
博士
年进入王成勇教授团队，年获得博士学位，现为王成勇教授团队博士后，主要从事激光加工研究，方向为金属材料表面激光改性及难加工材料激光加工。目前作为核心成员参加国家自然科学基金重点项目、广东省基础与应用基础研究重大项目和广东省重点领域研发计划，已在ACSAppl.Mater.Interfaces、ACSAppl.BioMater、ColloidsandSurfacesB:Biointerfaces等期刊发表SCI论文7篇，其中以第一作者身份发表5篇，申请和授权发明专利26项。
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