Abstract Conventional prophylaxis and treatment of implant-related infections via devices’ surface biofilm elimination include extensive non-targeting antibiotics prescription, invasive surgical intervention, and periodic implant replacement, with their inevitable relapses being lifelong guaranteed leading to financial burdens and drug resistance risks for patients. Herein, we propose a novel, sustainable modality of noninvasive precise treatment strategy based on potential theranostic, multilayered Gd3+ (UV), Eu3+ (red) and Tb3+ (green) doped Y(PO3)3 X-ray-induced luminescent matrix surface materials cum a nanolayer coating of titanium dioxide with pH indicators on implantable medical devices, which simultaneously integrate X-ray-initiated pH-sensitive NIR luminescence for location detection of biofilm infection, and X-ray-excited, UV-triggered deep-tissue-localized antimicrobial photodynamic therapy. The Y(PO3)3 crystal composite structures allow doping of rare earth ions at rarely high concentrations and produce high emission intensity even under less-detrimental low-dose X-ray radiation. The feasibility of such precise treatment strategy has been substantiated through various pH and inactivation experiments. With the growing aging population, this work aims to provide a potentially new, patient-friendly, (i.e. surgery/antibiotics-free and lower-cost) proof-of-principle theranostic resolution for the increasing incidence of orthopaedic implant-related biofilm infections, from preventive device maintenance to precise curative eradication.

中文翻译：

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基于 X 射线诱导发光/光动力治疗多层设备表面材料的植入物相关感染的无创精准治疗策略

摘要 通过设备表面生物膜清除来预防和治疗植入物相关感染的常规方法包括广泛的非靶向抗生素处方、侵入性手术干预和定期植入物更换，其不可避免的复发是终生保证的，从而导致患者的经济负担和耐药风险。 . 在此，我们提出了一种新型、可持续的无创精准治疗策略，基于潜在的治疗诊断、多层 Gd3+（UV）、Eu3+（红色）和 Tb3+（绿色）掺杂 Y(PO3)3 X 射线诱导发光基质表面材料暨可植入医疗器械上带有 pH 指示剂的二氧化钛纳米层涂层，可同时集成 X 射线引发的 pH 敏感 NIR 发光，用于生物膜感染的位置检测，以及 X 射线激发，紫外线触发的深层组织局部抗菌光动力疗法。Y(PO3)3 晶体复合结构允许以很少的高浓度掺杂稀土离子，即使在危害较小的低剂量 X 射线辐射下也能产生高发射强度。这种精确处理策略的可行性已通过各种 pH 值和灭活实验得到证实。随着人口老龄化的加剧，这项工作旨在为日益增加的骨科植入物相关生物膜感染的发病率提供一种潜在的新的、对患者友好的（即无手术/抗生素和低成本的）原理验证的治疗诊断解决方案，从预防性设备维护到精确根除。Y(PO3)3 晶体复合结构允许以很少的高浓度掺杂稀土离子，即使在危害较小的低剂量 X 射线辐射下也能产生高发射强度。这种精确处理策略的可行性已通过各种 pH 值和灭活实验得到证实。随着人口老龄化的加剧，这项工作旨在为日益增加的骨科植入物相关生物膜感染的发病率提供一种潜在的新的、对患者友好的（即无手术/抗生素和低成本的）原理验证的治疗诊断解决方案，从预防性设备维护到精确根除。Y(PO3)3 晶体复合结构允许以很少的高浓度掺杂稀土离子，即使在危害较小的低剂量 X 射线辐射下也能产生高发射强度。这种精确处理策略的可行性已通过各种 pH 值和灭活实验得到证实。随着人口老龄化的加剧，这项工作旨在为日益增加的骨科植入物相关生物膜感染的发病率提供一种潜在的新的、对患者友好的（即无手术/抗生素和低成本的）原理验证的治疗诊断解决方案，从预防性设备维护到精确根除。这种精确处理策略的可行性已通过各种 pH 值和灭活实验得到证实。随着人口老龄化的加剧，这项工作旨在为日益增加的骨科植入物相关生物膜感染的发病率提供一种潜在的新的、对患者友好的（即无手术/抗生素和低成本的）原理验证的治疗诊断解决方案，从预防性设备维护到精确根除。这种精确处理策略的可行性已通过各种 pH 值和灭活实验得到证实。随着人口老龄化的加剧，这项工作旨在为日益增加的骨科植入物相关生物膜感染的发病率提供一种潜在的新的、对患者友好的（即无手术/抗生素和低成本的）原理验证的治疗诊断解决方案，从预防性设备维护到精确根除。