水凝胶/P(VDF-TrFE)复合系统：通过可控自持电信号增强骨再生

【编辑推荐】本研究创新性地构建了壳聚糖-明胶(CS-Gel)水凝胶/聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))双层系统，通过铁电材料(P(VDF-TrFE))的偶极取向产生自持电信号，同时保持水凝胶的生物相容性。该系统可显著促进巨噬细胞M2型极化、干细胞分化及抗炎因子表达，在大鼠骨缺损模型中实现77.21%的BV/TV值，为仿生电活性骨修复材料开发提供了新策略。

　　

Highlight

材料

P(VDF-TrFE)(70/30)粉末购自法国Piezotech公司。三羟甲基氨基甲烷(Tris)来自美国Amresco。单宁酸(TA)粉末、盐酸(HCl, 36.0–38.0%)、壳聚糖(CS, 500–800 mPa/s)、丙酮(99.5%)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)均购自国药集团化学试剂有限公司。明胶(Gel)和戊二醛(50%水溶液)由上海阿拉丁提供。

P(VDF-TrFE)底层的制备与表征

如图1a所示，马弗炉重结晶后的P(VDF-TrFE)层呈现交错晶须结构。通过单宁酸聚合物(PTA)对底层进行改性，显著提升了水凝胶与P(VDF-TrFE)的结合强度。X射线衍射(XRD)分析显示，极化处理后的样品在2θ=19.7°处出现强衍射峰，证实了β晶相的形成。

结论

本研究开发的CS-Gel水凝胶/P(VDF-TrFE)系统通过铁电薄膜提供稳定自持电信号，其表面电势可通过调控P(VDF-TrFE)膜电学特性进行精确调节。CS-Gel水凝胶的生物活性成分确保了优异的细胞相容性，而双层结构设计成功解耦了电刺激与生物相容性的关联。该系统在体外实验中表现出促进巨噬细胞M2极化和干细胞分化的卓越性能，在体内实验中显著增强抗炎因子表达并加速新骨形成，为骨再生治疗提供了创新性解决方案。