中南大学帅词俊团队 | 还原氧化石墨烯促进二氧化钛光电子–空穴对分离以强化骨支架的光催化抗菌活性

内容简介

本研究论文聚焦还原氧化石墨烯促进二氧化钛光电子–空穴对分离以强化骨支架的光催化抗菌活性。二氧化钛 (TiO₂) 光催化过程中电子空穴复合速率快的问题限制了其在骨缺损修复过程中的抗细菌感染应用。本研究中，TiO₂@还原氧化石墨烯 (rGO) 复合材料通过水热法合成，其中具有高电导率的rGO促进了TiO₂光电子–空穴对的分离，从而提高了光催化产生活性氧 (ROS) 的效率。随后，TiO₂@rGO复合材料被引入到聚乳酸 (PLLA) 中，通过选择性激光烧结制备具有光催化抗菌功能的骨支架。结果表明，TiO₂在rGO的表面生长，并与rGO之间形成共价键连接 (Ti–O–C)，TiO₂@rGO复合材料的电化学阻抗降低，并且其瞬态光电流强度从0.05 µA/cm²增加到0.5 µA/cm²。通过电子自旋共振分析发现，TiO₂的光催化产物是•OH和•O₂⁻，这两种ROS能够通过破坏细菌膜的结构在体外杀死细菌。抗菌实验表明，PLLA/TiO₂@rGO支架对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌性能。最后，发现添加 TiO₂@rGO作为增强材料，有助于在细胞增殖过程中表现出良好的生物相容性。

引用本文

Feng P, Tian H, Yang F, et al., 2025. Reduced graphene oxide-mediated electron-hole separation using titanium dioxide increases the photocatalytic antibacterial activity of bone scaffolds. Bio-des Manuf 8(1):100–115. https://doi.org/10.1631/bdm.2300372

文章导读

图1 TiO₂和TiO₂@rGO的制备与物相结构表征

图2 复合支架的制备与性能表征

图3 支架的体外光催化抗菌性能

图4 紫外光照射下PTG支架的抗菌机理示意图

图5 支架的细胞相容性