双网络生物活性植入物通过机械-生物电耦合促进承重骨的愈合

《Advanced Functional Materials》：Dual-Network Bioactive Implant Promotes Weight-Bearing Bone Healing via Mechano-Bioelectric Coupling

双网络压电纳米陶瓷增强骨植入物通过机械匹配和生物电信号协同促进骨再生，实现应力屏蔽与骨整合的平衡。该材料结合快固聚合物网络和蛋白网络，强化高模量压电纳米陶瓷，在压缩强度（≈140MPa）和弹性模量（≈3.8GPa）匹配皮质骨的同时，通过生理载荷激活纳米陶瓷产生骨生成生物电信号。胫骨骨折模型显示其机械支撑与生物活性双重优势，促进近完全功能性步态恢复。

　　

摘要

承重骨缺损的修复受到植入物与天然骨之间机械性能不匹配的严重限制。植入物过硬会导致应力屏蔽，从而抑制骨形成；而植入物过于柔软则会影响结构稳定性和骨整合。为了解决这一问题，研究人员开发了一种双网络结构的压电纳米陶瓷增强植入物，该植入物既能模拟天然骨的机械性能，又能主动促进不规则缺损处的骨生成。该植入物结合了快速固化聚合物网络和蛋白质基网络，并通过高模量压电纳米颗粒进行战略性增强。通过优化的共价交联、物理缠结和纳米陶瓷分散技术，该系统实现了机械性能与骨生成能力的协同效应——其压缩强度（约140 MPa）和弹性模量（约3.8 GPa）与皮质骨相当。在生理载荷作用下，嵌入的纳米陶瓷会生成促进骨再生的生物电信号，进一步刺激骨重塑。在胫骨骨折模型中，这种植入物提供了可靠的机械支撑和生物活性，使患者几乎能够完全恢复行走功能。本研究展示了一种基于机械-生物电双重调控的策略，以促进承重骨的再生。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。