聚乳酸基复合纤维协同光热/光动力抗菌与增强骨再生效应的创新研究

针对骨感染缺陷修复中细菌耐药性和成骨能力不足的临床难题，新疆医科大学团队开发了负载铜纳米颗粒(CuNPs)和还原氧化石墨烯(rGO)的聚乳酸(PLLA)复合纤维。该材料通过近红外(NIR)激发的协同光热(PTT)/光动力(PDT)效应，实现99%以上的杀菌率（808 nm照射10分钟），同时搭载地塞米松磷酸钠(DexP)促进血管生成和成骨分化，为感染性骨缺损治疗提供新型多功能植入材料。

　　

感染性骨缺损是骨科临床面临的重大挑战，细菌生物膜形成和抗生素耐药性导致传统治疗失败率高达20%。特别是金黄色葡萄球菌(S. aureus)与大肠杆菌(E. coli)的"特洛伊木马"式协同感染，不仅加速细菌扩散，还会通过酸性代谢产物破坏植入材料稳定性。更棘手的是，休眠细菌可潜伏于成骨细胞内逃避免疫清除，成为复发感染的"定时炸弹"。面对这一困境，新疆医科大学的研究团队在《Materials Today Chemistry》发表的研究，开创性地将电纺丝技术与自组装工艺结合，构建出具有"杀菌-成骨"双功能的PLLA/DexP@CuNPs/rGO复合纤维。

研究采用三大核心技术：1）电纺丝制备载药PLLA/DexP纤维基底；2）利用聚多巴胺(PDA)粘附还原特性原位合成CuNPs并锚定rGO；3）通过808 nm近红外激光激发评估PTT/PDT协同效应。动物实验经新疆医科大学第一附属医院伦理委员会批准（IACUC-JT-20241121-02）。

材料表征
扫描电镜显示CuNPs/rGO均匀分布在纤维表面，粒径约50 nm。拉曼光谱D/G峰强度比从0.94升至1.21，证实CuNPs与rGO间存在强电子相互作用。X射线光电子能谱(XPS)检测到Cu⁺
/Cu²⁺
混合价态，这种独特的化学状态使其在NIR照射下产生52.3°C局部高温和大量活性氧(ROS)。

抗菌性能
在0.3 W/cm²
的808 nm激光照射下，材料对E. coli和S. aureus的杀菌率分别达99.8%和99.5%。机制研究表明：PTT效应使细菌膜通透性增加，而rGO通过氧化谷胱甘肽耗竭加剧了PDT产生的ROS（主要是·OH和¹
O₂
）的氧化损伤。

成骨效应
负载10 μg/mL DexP的复合纤维使碱性磷酸酶(ALP)活性提升3.2倍，并通过激活Wnt/β-catenin通路显著促进成骨分化。特别值得注意的是，Cu²⁺
持续释放上调了血管内皮细胞CD31和VEGF表达，解决了传统骨修复材料血管化不足的瓶颈。

这项研究的意义在于：1）首次实现CuNPs/rGO在PLLA纤维上的原位共沉积，克服了纯CuNPs易氧化失活的缺陷；2）开创了"一次照射，双重杀菌"的PTT/PDT协同抗菌模式，杀菌效率比单一疗法提高47%；3）通过DexP的时序控释，达成"先抗菌后成骨"的智能修复逻辑。该复合材料在兔胫骨感染模型中展现出85%的新骨形成率，为开发新一代抗感染骨植入物提供了范式转换思路。