近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所-人体组织与器官退行性研究中心王国成研究员团队与空军军医大学(第四军医大学)孔亮教授团队合作，在医用钛合金材料表面改性中取得进展，最新成果以 Nanosurfacing Ti alloy by weak alkalinity-activated solid-state dewetting (AAD) and its biointerfacial enhancement effect 为题发表于 Materials Horizons 上，并被选为封面文章。
植入物与骨之间形成骨性结合（骨整合，Osseointegration）是骨植入物长期稳定的关键。因此，理想的骨植入物表面应具备高效促骨整合的能力。如何提高骨植入物的骨整合性能已成为材料学家和临床医生研究的重点。炎症反应是材料介导骨修复的必经步骤，它的发生、发展和转归对骨再生的质量至关重要。理想的骨植入物应具备调节炎症反应的能力，从而促进骨生成。因纳米拓扑结构在细胞行为调控方面具有重要的作用，通过对植入物表面纳米工程化已成为目前提高植入物生物学性能的关键策略之一。本研究开发了一种新型的钛合金表面纳米化方法，即弱碱活化的固态去润湿技术（alkalinity-activated solid-state dewetting, AAD)。该技术涉及基于磷酸氢二铵的钛合金表面去合金化处理和低温热氧化。因 Ti 和 Al 元素具有不同的标准电极电势，通过弱碱处理可以选择性去除 Al 元素，从而在合金最外表面形成很薄的“类钛”层，实现表面预激活。不同于其它基于固态去润湿理论的表面纳米化（一般为贵金属），本研究在大气气氛中进行热处理，实现固态去润湿和氧化的同步，在植入体表面形成准周期性的纳米氧化钛岛状结构。该技术的实施不需要特殊的设备，具有简单易行、成本低、可规模化、生物安全性高等优点。
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Ti6Al4V 圆片经过 AAD 处理后，表面形成约为 18.4±5.3 nm 大小的准周期排列的纳米岛状结构。薄膜 X 射线衍射（XRD）结果表明，形成的氧化钛主要为金红石相。聚焦离子束（FIB）制备的横截面样品的透射电镜（TEM）结果表明，AAD 样品上的氧化物层厚度仅为 34nm，这是 XRD 图谱中氧化钛衍射峰弱的主要原因。选区电子衍射（SAED）结果进一步证实，AAD 处理的钛合金表面由氧化钛组成。
医用植入物在服役过程中易受到生物摩擦、腐蚀的影响。了解这一复杂现象对于优化植入物的设计和提高其整体性能至关重要。论文以 AAD 处理的样品与骨作为摩擦副研究了在干燥和润湿（模拟生理液）条件下 AAD 处理对钛合金植入物的耐磨损、耐腐蚀性能的影响。结果表明，AAD 处理的钛合金的摩擦系数和腐蚀速率明显低于未处理和仅经过热处理的钛合金。为了进一步证明样品在机械力作用下的结构完整性，通过模拟牙科钻骨过程，对钻孔前后植入物表面的微观形态进行比较，未发现明显划痕和纳米岛状颗粒脱落的现象，这说明 AAD 构建的纳米氧化钛在钛基材上牢固锚定。
成骨细胞与巨噬细胞之间的串扰（Cross-talking）作用对骨整合至关重要，研究中利用 RT-PCR 定量分析了两种细胞在共培养下的基因表达。通过收集巨噬细胞的条件培养基培养成骨细胞和收集成骨细胞的条件培养基培养巨噬细胞，来考察 AAD 技术制备的准周期性纳米氧化钛结构对两种细胞串扰的影响。结果表明准周期性氧化钛纳米结构通过调节两种细胞的交互作用，增强了成骨细胞的成骨活性，并促进了巨噬细胞的 M2 极化。
通过大鼠胫骨缺损模型考察 AAD 技术形成的纳米结构对骨整合的影响。结果发现，植入 12 周后，AAD 处理的钛合金周围新形成的骨组织量最高，而仅热处理的钛合金周围的骨组织量最少。骨体积分数（BV/TV%）、骨小梁厚度（Tb.Th）、骨小梁数量（Tb.N）和马松三色染色组织分析结果进一步证明了 AAD 处理的钛合金具有良好的诱导新骨形成的能力。
本研究提出并开发了一种基于弱碱活化的固态去润湿（AAD）技术，该技术可用于钛合金表面的原位纳米化，可在 Ti6Al4V 表面上构建准周期的纳米岛状氧化钛结构，显著提高钛合金的表面能和亲水性。研究结果表明，AAD 技术制备的纳米结构可通过促进巨噬细胞的 M2 极化和协调巨噬细胞/成骨细胞的串扰，达到促骨再生的效果。本研究为钛合金表面纳米活化提供了一种新的思路。
Nanosurfacing Ti alloy by weak alkalinity-activated solid-state dewetting (AAD) and its biointerfacial enhancement effect
Xiaoxia Song, Fuwei Liu, Caijie Qiu, Emerson Coy, Hui Liu, Willian Aperador, Karol Załe˛ski, Jiao Jiao Li, Wen Song, Zufu Lu, Haobo Pan, Liang Kong*(孔亮，第四军医大学) and Guocheng Wang*(王国成，中国科学院深圳先进技术研究院)
Mater. Horiz., 2021, 8, 912-924
http://doi.org/10.1039/D0MH01837F
王国成博士
中国科学院深圳先进技术研究院研究员，博士生导师，深圳海外高层次人才。长期从事骨替换/再生材料、抗菌材料以及材料表面工程技术研究，在生物材料和表/界面领域的主流期刊上已发表 SCI 论文 40 余篇，其中包括 Advanced Functional Materials, Biomaterials, Materials Horizons, Chemical Engineering Journal, Carbon, Applied Materials Today, ACS Applied Materials & Interfaces 等。合作出版专著一本，拥有国内授权发明专利多项。主持多项科技项目，其中包括国家自然科学基金、广东省自然科学基金和公益能力建设、深圳市基础科学布局、技术攻关、国际合作等项目。此外，还作为核心成员参与两项国家重点研发计划项目。曾担任 BioMed Research International 特刊的责任客座编辑（Leading guest editor），国际组织工程设计与应用联盟（ADATE）的国际成员，中国生物材料学会金属材料分会青年委员会委员等。
孔亮博士
第四军医大学口腔医院医务处处长、副教授、博士生导师。以第一或通讯作者发表 SCI 论文 32 篇，主持国家自然科学基金 3 项，国家授权发明专利 6 项。获得中国口腔医学界唯一的国家科技进步一等奖 1 项。获得陕西省科学技术一等奖 1 项，获批国家精品课程 1 门，获省级教学成果特等奖 1 项，牵头制定全国专家共识 1 项。现为中华口腔医学会口腔教育专委会副主任委员、中国医师协会口腔医学分会常务委员、陕西省口腔医学会常务理事。获第四届邱蔚六口腔颌面外科发展基金-曙光奖。指导辅导研究生 1 名获省优秀博士论文，1 名获省优秀硕士论文。
长期招聘材料学及细胞生物学等专业的博后和客座学生，主要从事：骨组织替换和再生材料的基础研究及产业化推广、基于细胞/细菌行为调控的材料表面工程技术研发及调控机制研究、纳米生物材料研发等研究工作。
博后
招聘条件:1、已经或即将取得相关领域博士学位，博士毕业不超过3年，年龄不超过35岁；2、具有文章发表和基金撰写经验，具有高影响因子SCI论文者优先；3、热爱科研，恪守学术道德、诚实可信、学风严谨、责任心强。 待遇:1、博士后薪酬待遇：综合总年薪30-46万；2、在站期间，符合条件的可竞争性申报国家人才计划。出站后留深工作者，可申请深圳市博士后出站留（来）深科研资助；3、在站工作期间计入我院工龄，并可参加先进院职称评定，出站优先留院工作；博士后期满表现优秀者出站后优先录用。具体待遇可邮件咨询。客座学生
招聘条件：1、已完成基础课程的在读博士、硕士研究生，或高年级本科生；2、征得校方及导师的同意，来实验室实习期不少于一年；3、热爱科研、求知欲和责任心强、具有良好的沟通能力和团队合作精神。 待遇：1、每月提供助学金（面议）；2、提供院内住宿（广东省深圳市学苑大道1068号深圳先进技术研究院）；3、实习期表现优异的客座学生可在毕业后留实验室读研或工作。 招聘程序：1、请有意向者通过电子邮件发送详细个人简历一份(中英文皆可)，以及代表性学术成果，包括论文、专利、参与会议与项目情况等；2、邮件标题格式请注明“职位+姓名”发送至 gc.wang@siat.ac.cn。个人简历将严格筛选并及时安排面试，未通过者不另行通知。个人信息将严格保密。
