钛表面自组装聚L-赖氨酸和海藻酸钠多层膜对成骨细胞增殖和分化的影响

目的在钛表面沉积聚L-赖氨酸(PLL)和海藻酸钠(ALG)聚电解质多层膜,以评价其对成骨细胞增殖和分化的影响。方法用层层自组装的方法在钛表面沉积PLL和ALG,形成Ti-(PLL-ALG)10-PLL涂层,用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对涂层进行表征。以纯钛作为对照组,Ti-(PLL-ALG)10-PLL作为实验组,分别在其表面进行MC3T3细胞培养,1d、3d、5d和7d后用CCK-8检测细胞增殖率,用ALP检测碱性磷酸酶的活性。结果 FTIR和SEM显示PLL和ALG已沉积到钛表面。MC3T3细胞在Ti-(PLL-ALG)10-PLL表面的增殖率在第1天和3天时明显高于对照组,P值分别为0.04和0.028;第5天和7天则无显著性差异(P>0.05)。第7天和14天Ti-(PLL-ALG)10-PLL组碱性磷酸酶值明显高于对照组,P值分别为0.08和0.02。结论通过层层自组装的方法在钛种植体表面沉积Ti-(PLL-ALG)10-PLL聚电解质多层膜能促进MC3T3细胞在其表面的增殖和分化。     

钛表面接枝溴代十六烷后的杀菌效果研究

目的 在钛表面沉积透明质酸(HA)和壳聚糖(CHI)聚电解质多层膜,并用溴代十六烷对CHI上的氨基季铵化,以评价其杀菌效果.方法 在碱化处理过的钛片上吸附带正电荷的聚乙烯亚氨(PEI),再用层层自组装的方法在钛表面交替沉积带负电荷的HA和带正电荷的CHI,并用溴代十六烷(C16H33Br)对CHI上的氨基季铵化,形成Ti-PEI-(HA-CHI)20-N+(C16H33)3Br涂层,扫描电子显微镜(SEM)对涂层断面进行表征;以纯钛为对照组,Ti-PEI-(HA-CHI)20和Ti-PEI-(HA-CHI)20-N+(C16H33)3Br-为实验组,分别在其表面进行变形链球菌(S.m)培养24h后用荧光显微镜和SEM检测钛片表面的细菌活性.结果 SEM显示聚电解质多层膜已沉积到钛片表面并具有一定的厚度.荧光显微镜显示纯钛表面有大量的活细菌,Ti-PEI-(HA-CHI)20上细菌数量较少,且有部分死菌;而Ti-PEI-(HA-CHI)20-N+(C16H33)3Br-上细菌几乎全为死菌.SEM结果显示纯钛、Ti-PEI-(HA-CHI)20、Ti-PEI-(HA-CHI)20-N+(C16H33)3Bf 3组钛片上的细菌数量依次减少.结论 钛表面沉积HA/CHI聚电解质多层膜,并对多层膜中的CHI季铵化后,其表面具有显著的杀菌作用.     

钛表面的碱化处理和含纳米银的聚电解质多层膜修饰

目的：对钛种植体基台表面进行生物改性,改善其抗菌性,减少种植体周围炎。方法：壳聚糖／硝酸银混合液被加热还原,产物通过紫外可见光谱检测和透射电镜观察。用NaOH溶液处理钛基材表面,然后采用层层自组装技术在其表面交替吸附含纳米银的壳聚糖和肝素,扫描电镜表征。结果：紫外可见光谱检测显示,硝酸银还原后在420nm附近形成特异性吸收峰,表明生成了纳米银。透射电镜观察可见纳米银颗粒直径约10-30nm。钛表面经NaOH处理后形成不规则多孔结构,孔径约200-300纳米。层层自组装后钛表面吸附了含纳米银的聚电解质多层膜。结论：壳聚糖热还原法是一种制备纳米银颗粒的“绿色”方法。形成多孔并包被纳米银颗粒的钛表面是一种新颖的钛表面改性方法。     

聚电解质多层膜在钛表面改性中的应用

钛具有良好的生物相容性和力学性能,已广泛应用于牙种植、整形等医学领域.但钛是生物惰性材料,需要对其表面进行仿生化修饰,才能达到加速愈合,提高骨结合率的目的.钛表面仿生化修饰的方法种类繁多,其中表面引入纳米膜层是最常用的方法.制备纳米膜层的方法包括:L-B膜(Langmuir-Blodgett film)技术、旋涂法(spin coating)、离子溅射法(spraying)、化学沉积法(chemical deposition)、电沉积法(electrodeposition)以及层层自组装(layer-by-layer assembly,LbL)技术.关于层层自组装技术的近年研究较多,其在生物科学中主要应用于酶、蛋白质、DNA等生物分子自组装膜.这些生物分子自组装膜被广泛应用于医用生物材料领域,成为实现生物材料表面功能设计的有效手段[1].现就层层自组装技术的概念及特点、钛表面聚电解质膜的结构以及影响聚电解质膜形成的因素及应用进行综述.     

载基因纳米囊泡自组装多层膜组装行为研究

目的探讨构建载基因脂多糖胺纳米囊泡(NPs,简称pNPs)/透明质酸(HA)聚电解质多层膜(PEM)的组装行为和机理。 方法利用含骨形成蛋白2(pBMP-2)基因的pNPs作为阳离子聚电解质,HA作为阴离子聚电解质,通过层层自组装技术在钛或石英玻璃表面构建PEM,记为Ti/Quartz-pNPs-(HA/pNPs)_n,其中HA和pNPs依次组装1次为1个组装循环,n为组装循环数。采用原子力显微镜(AFM)观察膜组装过程中形貌和粗糙度值改变;膜表面Zeta电位(electric potential)表征聚电解质膜表面的电荷和吸附特性;利用耗散型石英晶体微天平(QCM-D)实时监测膜的组装过程,探索膜组装规律。 结果AFM观察发现,pNPs最初以单个离散的纳米粒子形式吸附在石英玻璃表面,随着组装进程,形成越来越粗壮、密集的"树枝"状三维立体纳米结构,膜表面粗糙度值逐渐增大。Zeta电位结果表明,石英玻璃表面经过处理后Zeta电位为-4.83 mV,首层pNPs的表面电位为正,至第3个组装循环后Zeta电位稳定在+18 mV;而HA的Zeta电位最初为负值,随组装层数增加,其表面电荷逐渐趋正;组装过程中Zeta电位呈锯齿状交替上升。石英晶体微天平测量结果显示,随着组装进行膜质量和厚度逐渐增加,且以指数型增长。 结论载基因pNPs/HA通过层层自组装构建具有独特三维纳米结构的聚电解质多层膜,其增长方式为指数型,具有纳米级粗糙度和非致密性的特点。     

钛表面儿茶酚化聚电解质多层膜对蛋白质的吸附研究

目的探讨钛表面儿茶酚化聚电解质多层膜对蛋白质的吸附行为,为钛种植体表面改性提供参考。 方法根据本课题组前期建立的方法,采用脂多糖胺纳米囊泡（NPs）和3,4-二羟苯基丙酸反应制备儿茶酚接枝率为40%的儿茶酚化NPs（cNPs）;采用透明质酸（HA）和多巴胺反应制备儿茶酚接枝率为10%的儿茶酚化透明质酸（cHA）。利用层层自组装技术,以cNPs为引发层、cHA/NPs为阴、阳离子聚电解质,在钛或石英表面构建含3个（cHA/NPs）双层的儿茶酚化聚电解质膜[（基底-cNPs-（cHA/NPs）₃],记为cPEM。同时以NPs为引发层,构建含（HA/NPs）₃的未儿茶酚化聚电解质膜（PEM）。采用红外光谱分析膜表面化学组成、激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）检测膜表面粗糙度,Zeta电位分析仪记录膜表面Zeta电位。选取4种等电点（pI）分别小于、等于、大于生理pH 7.4的蛋白质：牛血清白蛋白（BSA,pI = 4.7）、纤连蛋白（Fn,pI = 5.8）、牛血红蛋白（BHb,pI = 6.8 ~ 7.0）、多聚赖氨酸（PLL,pI = 9.74）,以其为模型蛋白,用0.15 mol/L的NaCl配制成1 mg/mL的水溶液。采用石英晶体微天平（QCM）实时动态监测膜表面蛋白吸附情况、原子力显微镜观察样品蛋白吸附前后形貌,LSCM、荧光酶标仪分别分析荧光标记蛋白在膜表面吸附情况,并测试荧光标记蛋白的吸附量。使用SPSS 20.0对数据进行单因素方差分析、SNK和LSD法进行比较,P<0.05认为差异有统计学意义。 结果LSCM结果表明,石英表面粗糙度为（301 ± 12）nm,组装cPEM、PEM后,表面粗糙度增加,分别为（656 ± 88）、（446 ± 25）nm,组间差异具有统计学意义（F = 66.974,P<0.001）。cPEM组的红外谱图中出现儿茶酚中的苯环（ν_{C = C}）、PEM组的胺基和烷基、多糖中的糖醛酸环等特征峰,证实钛表面引入cPEM和PEM。组装过程中Zeta电位呈锯齿状交替上升,cPEM组表面电位为+22.53 mV,PEM组的表面电位为+17.36 mV。QCM结果表明,生理pH下,所有表面均基本不吸附PLL。在不同表面,BSA和BHb的吸附量cPEM组>PEM组>Ti组。原子力显微镜下可见cPEM、PEM组表面为分布均匀的水滴形海岛状结构,吸附BSA后,表面可见圆盘状结构,且cPEM组量大于PEM组,说明可能BSA在cPEM组表面的吸附量大于PEM组。采用LSCM和荧光酶标仪分析绿色荧光标记蛋白在不同表面的吸附情况,发现在不同种膜表面,同一蛋白吸附量cPEM组>PEM组>Ti组;在同一种膜表面,不同蛋白吸附量BSA>Fn>BHb。 结论本实验研发的聚电解质多层膜对钛表面进行改性后,能提高蛋白在表面的吸附,儿茶酚化改性则进一步促进这种吸附。蛋白吸附的驱动力可能主要源于静电相互作用和儿茶酚基团对蛋白偶联捕捉作用。     

纯钛钛片表面胶原/透明质酸聚电解质复合膜涂层的构建

目的尝试在纯钛钛片表面构建胶原/透明质酸聚电解质复合膜涂层,并评价其生物相容性。方法纯钛钛片表面经打磨抛光及氧化性混酸溶液处理,得到表面富含钛羟基的基底面(设为对照组),在此基础上接着通过层层自组装技术将I型胶原和透明质酸引入到钛片表面(设为实验组)。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和接触角实验对两组钛片的表面进行表征。最后,在两组钛片表面培养成骨前体细胞,检测其早期粘附、增殖及分化的能力。结果 SEM结果显示,对照组钛片的表面非常平整,高倍镜下发现其表面有很多直径为数十纳米的颗粒状结构。而实验组钛片的表面也很光滑,高倍镜下也可见很多纳米颗粒,但其直径较对照组为小。XPS分析发现实验组钛片表面元素成分氮的含量随着组装层数的增加而不断升高。接触角实验显示实验组钛片表面的可湿性随着钛片表面聚电解质组装层数的变化而不断变化,实验组钛片表面的接触角较对照组小。实验组钛片明显促进了成骨细胞的早期粘附(P<0.05),而且培养在实验组钛片表面的细胞增殖得更快(P<0.05)。同时,在实验组钛片表面生长的成骨细胞分化能力更强。结论 I型胶原和透明质酸能够被成功的组装到纯钛钛片表面,该涂层结构有利于成骨前体细胞的生长,显示了良好的生物相容性。     

载银抗菌纯钛表面的制备及其抗菌性能的检测

目的 对纯钛表面进行抗菌改性,以降低纯钛种植体周围炎的发生率,从而提高种植术的成功率。方法 采用水相硅烷化方法,将3-（氨基丙基）三乙氧基硅烷（APS）组装在湿化学法处理的钛表面上,并将纳米银被覆在该表面上,采用X射线光电子能谱（XPS）和X射线能谱（EDX）对该改性表面理化性能进行分析,观察其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌性能。结果 扫描电镜观察可见,改性后的钛表面有不规则纳米银颗粒散在的附着在其表面上,XPS分析显示银的含量为6.8%。经过24 h需氧培养,纳米银改性钛片对金黄色葡萄球菌的抗菌率达到94.23%,对大肠杆菌的抗菌率达95.34%。结论 经过纳米银改性后的钛片具有抗菌性能。     

纯钛表面溅射金涂层对两种瓷粉钛-瓷结合强度的影响

目的 探讨纯钛表面溅射金涂层处理对两种钛专用瓷粉结合强度的影响。方法 按ISO9693要求制备纯钛标准试件40个,根据烧结瓷粉的种类（SP：Super Porcelain Ti-22;TC：Triceram）和钛基底片是否溅射金涂层（Au）平均分为4组（AuSP、AuTC、SP、TC组）,每组10个试件。各组试件烤瓷后三点弯曲法测定钛-瓷结合强度,使用SPASS 20.0软件进行统计学分析。体视显微镜观察试件瓷层剥脱后的界面并分析其断裂模式,场发射扫描电镜观察钛-瓷结合界面形貌并进行能谱分析。结果 AuSP组结合强度为（36.32±1.36）MPa,显著的高于SP组（28.91±3.80）MPa（P<0.05）,而AuTC组和TC组两组结合强度无统计学差异（P>0.05）。AuSP组断裂模式主要为混合断裂模式,其余各组均为界面断裂模式。场发射扫描电镜发现溅射金涂层组钛-瓷界面结合紧密,能谱分析显示金涂层组氧元素和钛元素扩散深度均呈明显下降。结论 在本研究条件下,预成纯钛表面溅射金涂层能够抑制氧和钛元素的扩散,提高SP瓷粉的钛-瓷结强度,但是对TC瓷粉的钛-瓷结合强度未见明显效果。     

复合纳米金膜技术增强牙科钛瓷结合的基础研究

目的利用离子多层自组装技术在纯钛表面沉积复合纳米金膜并烧结专用钛瓷粉,探讨该技术对钛瓷之间结合强度的影响。方法根据ISO9693要求制备预成纯钛试件20个,沉积纳米金膜为实验组（AuS）;非沉积纳米金膜为对照组（S）,每组10个钛瓷标准试件。运用场发射扫描电镜（FE．SEM）观察钛试件沉积纳米金膜后的表面形态以及钛瓷结合界面的微观形貌。三点弯曲法测定钛瓷结合强度,并进行统计学分析。体视显微镜观察钛瓷界面的断裂模式。电子探针（EMP）检测结合界面上Au元素的分布情况。结果AuS组的钛瓷结合强度（36．24±3．64）MPa明显高于S组的钛瓷结合强度（30．78±3．83）MPa,P〈0．05。FE-SEM观察显示：钛表面沉积纳米金颗粒后形成了均匀、致密的复合纳米金膜。电镜观察结合界面显示,AuS组钛瓷结合界面连续而紧密,体视显微镜观察断裂模式以混合断裂为主;对照组钛瓷结合界面可见明显的裂隙,偶有气泡,断裂模式以界面断裂为主。EMP检测结果显示：结合界面上可见Au元素分布,纳米金颗粒在烧结过程中团聚成簇后沿钛瓷结合界面呈带形分布,在粘接瓷底部呈点状弥散。结论在本研究条件下,纯钛表面沉积复合纳米金膜可显著提高Superporcelain Ti-22专用钛瓷粉与预成纯钛试件之间的结合强度。     

钛表面接枝 大分子季铵盐抗菌性的研究

目的:在钛表面接枝大分子季铵盐,以增强钛种植体的表面抗菌效果。方法:采用表面引发原子转移自由基聚合反应(ATRP)引发甲基丙烯酸 N,N-二甲氨基乙酯 (DMAEMA)单体在钛片表面聚合,获得含叔胺基团的高分子聚合物刷,然后与十六烷基溴发生季铵化反应,在钛表面形成通过共价键连接的季铵盐涂层。用用静态接触角仪、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)对改性的钛表面进行表征;以纯钛为对照组,季铵化后的钛片作实验组,分别在其表面进行变形链球菌(S.m)和大肠杆菌(E. coli )培养,4、 24 h后用荧光显微镜和扫描电镜 检测钛片表面的细菌活性。 结果:静态接触角仪、傅立叶红外光谱仪、X射线光电子能谱仪等结果证明大分子季铵盐被接枝到钛片表面。荧光显微镜显示无论是G⁺变形链球菌还是G^-大肠杆菌,纯钛表面均有大量的活细菌;而实验组上细菌几乎全为死菌。SEM显示实验组钛片表面的细菌比空白组钛表面量明显少些,结果与荧光显微镜结果一致。结论:钛表面成功接枝大分子季铵盐物季铵盐,接枝大分子季铵盐的钛表面对变形链球菌和大肠杆菌具有显著的杀菌作用。     

钛表面载银HA-TCP溶胶凝胶涂层的制备及其抗菌性的研究

目的：用溶胶凝胶法在钛表面制备载银HA-TCP涂层，并观察其抗菌性能。方法：采用溶胶凝胶法将Ag^＋导入HA-TCP溶胶，并在钛表面涂层。用X射线衍射（XRD）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）对涂层结构进行表征分析，用X射线能谱（EDS）分析涂层表面元素构成和分布，用扫描电镜（SEM）观察涂层表面形貌。观察涂层对牙龈卟啉单胞菌P.g、具核梭杆菌F.n、伴放线放线杆菌A-a的生长抑制作用，并计算抗菌率。结果：载银HA-TCP溶胶在钛表面涂层均匀，由大量的亚微米及细微的介孔组成。XRD检测出HA、钛、锐钛矿和β-TCP的衍射峰；FTIR分析涂层含有OH^-．PO4^3-及CO3^2-的特征吸收峰。EDS检测发现钙、磷、钛、碳、氧和银在涂层表面的分布。与对照组比较，载银HA-TCP涂层对牙龈卟啉单胞菌P.g、具核梭杆菌F.n、伴放线放线杆菌A.a具有明显的抗菌效果。结论：本试验在钛表面涂覆载银HA-TCP溶胶，使钛植入体获得了具有生物活性及抗菌性的仿生涂层。     

纳米银改性钛片对口腔常见致病菌抗菌性能实验研究

目的：通过纳米银改性钛片对牙龈卟啉单胞菌和伴放线放线杆菌抗菌能力的观察,探讨口腔种植体颈部钛表面抗菌改性的可行性。方法：实验组为纳米银改性钛片,对照组为光滑钛片,每组各10片。通过贴膜法和抗粘附实验两种方法检测纳米银改性钛片的抗菌性能。结果：贴膜法显示培养24 h后纳米银改性钛片对牙龈卟啉单胞菌和伴放线放线杆菌的抗菌率达到90％;抗粘附实验显示牙龈卟啉单胞菌散在分布,且对照组多于实验组,伴放线放线杆菌散在分布对照组钛片上大量粘附,呈片状或团状集聚在一起。结论：纳米银改性后的钛片抗菌性能突出,是一种具有前景的抗菌生物植入材料。     

Response of fibroblast activity and polyelectrolyte multilayer films coating titanium.

OBJECTIVES: The study of surface properties is a recent and crucial issue in the biomaterial fields applied to Odontology. The reference biomaterial in dental implantology is titanium. The principal objective is a perfect bio-integration in the oral ecosystem, both in terms of mucosal and bone tissues. The aim of this work was to optimize the tissue-titanium interface by applying polyelectrolyte multilayer films on the surface of titanium. METHODS: The experimental study was undertaken on pure titanium samples. Two types of film ending with polycations or polyanions were selected. Both film types were built with a first poly(ethyleneimine) (PEI) base layer and composed either of poly(styrene sulfonate) (PSS) and poly(allylamine hydrochloride) (PAH) or of hyaluronic acid (HA) and poly(l-lysine) (PLL) layers. Final architectures were as follows: PEI-(PSS/PAH)(10), or PEI-(PSS/PAH)(10)-PSS, or chemically cross-linked PEI-(HA/PLL)(10) or PEI-(HA/PLL)(10)-HA. An analysis of the physicochemical characteristics of the surfaces was carried out by tensiometry measurements (dynamic contact angle, wettability, contact angle hysteresis) and atomic force microscopy. A biological study with human fibroblasts was followed over a 7-day culture period at days 0, 2, 4 and 7 to observe the cellular response in terms of morphology (scanning electron microscopy) and viability (Mosmann's test). RESULTS: The results showed that polyelectrolyte multilayer films could be successfully deposited onto titanium as previously described for glass or composite. Fibroblast adhesion and proliferation was strongly dependent on film type. SEM observations of cells on the different films agreed with the viability cell test. Furthermore, films containing PSS/PAH generated a better cellular response than films containing cross-linked HA/PLL. CONCLUSION: PSS/PAH polyelectrolyte films coating titanium could represent a new approach for oral bio-integration with great potential for clinical application in the fields of dental implantology. More particularly, the specific biofunctionalization of PSS/PAH films coating titanium could be envisioned by introducing layers of molecules that encourage the bio-integration process between the films.     

Nano-hydroxyapatite mineralized silk fibroin porous scaffold for tooth extraction site preservation

ObjectiveTo fabricate a novel nano-hydroxyapatite mineralized silk fibroin (MSF) scaffold in order to diminish the resorption of alveolar ridge and accelerate new bone formation within tooth sockets. Also, to investigate the biocompatibility and osteogenic ability of the MSF in vitro, and the effect of site preservation of the MSF graft in post-extractive sockets in vivo.MethodsSEM, EDX, FTIR and XRD were used to analyze the mineral crystals deposited on the silk fibroin (SF) surface. Pre-osteoblasts (MC3T3-E1) were seeded on SF and MSF scaffolds. Cell viability, distribution and differentiation were examined using a live-dead assay, histological analysis and Alizarin Red S staining. Furthermore, prepared grafts (SF or MSF scaffold) were implanted into the maxillary right first molar sockets of Sprague Dawley rats for 6 weeks and newly formed bone tissue was analyzed by micro-CT and histological examination.ResultsThe SEM, EDX, FTIR and XRD analysis demonstrated that granulate nano-hydroxyapatite (nHA) crystals were uniformly distributed on the SF scaffold. In addition, the MSF hydrophilicity measured by water contact angle and swelling ratio was superior to plain SF scaffold. The effect of nHA inorganic crystals on osteogenic differentiation of MC3T3-E1 cells indicated the MSF scaffolds improved osteogenesis. Furthermore, MSF grafts induced more bone formation and reduced the height of alveolar bone resorption after tooth extraction.SignificanceThe MSF scaffold partially simulated the structure and composition of natural bone matrix. It induced osteogenic differentiation of MC3T3-E1 cells in vitro, and also promoted new bone regeneration in tooth extraction sockets in vivo, indicating it is a biomaterial with great potential for tooth extraction site preservation.     

纳米抗菌复合膜的理化性能及对口腔细菌抗菌性能的实验研究

目的采用载银纳米磷灰石/二氧化钛（Ag- nHA- nTiO2）和聚酰胺66（PA66）的浆料在常压共溶法下制成纳米抗菌复合膜,并对该膜的理化性能和抗菌性能进行测试。方法采用原子吸收光谱仪（AAS）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和X射线能谱分析仪（EDX）等检测手段分析Ag- nHA- nTiO2/PA66（实验组）和n- HA/PA66（对照组）膜的表面形貌和横切面、元素构成和分布。使用金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、牙龈卟啉单胞菌、具核梭杆菌和变异链球菌来检测两种膜的抗菌性能。结果XRD检测显示两种膜中有HA的衍射峰。EDX结果显示实验组膜中含有Ca、P、Ti和Ag等元素,而且它们分布均匀。SEM发现两种膜的表面和横切面均为多孔结构,孔的直径为20～30 μm。抗菌实验显示对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率为50.10%和56.31%,而对牙龈卟啉单胞菌、变异链球菌和具核梭杆菌分别为91.84%、90.49%和90.64%。SEM还发现实验组膜表面黏附的细菌明显少于对照组。结论纳米复合抗菌膜为口腔引导性骨再生技术提供了一种既具有良好生物相容性又有抗菌活性的新材料。     

Novel dual-functional implants via oxygen non-thermal plasma and quaternary ammonium to promote osteogenesis and combat infections

ObjectiveImplant-related infections are a primary reason for implant failures that affect millions of patients. It is of paramount importance to develop novel implants that possess the dual functions of osteogenesis-promotion and antibacterial activity. The objectives of this study were to: (1) develop novel dual-functional titanium (Ti) implants by combining oxygen non-thermal plasma and covalent bonding of antibacterial organosilicon quaternary ammonium monomers; (2) investigate the physicochemical properties, bioactivity and antibacterial effects of the modified implants for the first time.MethodsSurface characteristics of the modified Ti surfaces were tested. Adherence and viability of rat bone marrow-derived stem cells (rBMSCs) on the surface were evaluated. Metabolic activity of biofilm on the surfaces were measured. The stability of the dual-function after 5000 thermal cycles was also evaluated.ResultsThe presence of chemical bonding between Ti and organosilicon monomers demonstrated covalent immobilization of the antibacterial agents. The water contact angle of the treated Ti surfaces decreased from 70.98 ± 3.68° to 59.86 ± 4.91°. The adhesion and proliferation of rBMSCs on the modified Ti were increased by 40%, compared to control group (P < 0.05). The metabolic level of biofilms on modified Ti were reduced by more than half, compared to control (P < 0.05). The modified Ti implants exhibited cell-promotion and antibacterial stability after thermal cycles.SignificanceThe new dual-functional Ti implant is promising to promote osteogenesis while simultaneously preventing infections. Furthermore, the novel surface modification and processing methods have applicability to enhancing a wide range of other implants to improve bioactivity and combat infections.