近日，西安交通大學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的S型鐵磁性Fe3O4/TiO2異質結，研究了自旋電子在促進ROS生成、抗菌和細胞成骨分化中的作用，并將其應用于改善種植體相關性骨髓炎的治療。

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

西安交通大學張蘭教授和憨勇教授為論文共同通訊作者，西安交通大學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基金委面上項目、陜西省自然科學基礎研究計劃項目重點基金等項目的支持。