連續(xù)化制備的高強(qiáng)度碳化鈦薄膜高效促成骨再生

10月31日，北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院鄧旭亮教授課題組和北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院程群峰教授課題組在二維納米復(fù)合材料連續(xù)化制備及骨再生應(yīng)用研究領(lǐng)域取得最新進(jìn)展“連續(xù)化制備的高強(qiáng)度碳化鈦薄膜用于高效促成骨”。成果論文刊發(fā)于《自然》雜志。

具有成骨微環(huán)境調(diào)控作用MXene骨再生引導(dǎo)膜材料的規(guī)?；苽浼俺晒菓?yīng)用。（課題組供圖）

論文通訊作者、北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院教授鄧旭亮告訴《中國科學(xué)報(bào)》，該工作開發(fā)了具有成骨微環(huán)境調(diào)控作用的高強(qiáng)度自支撐MXene骨再生引導(dǎo)膜材料，實(shí)現(xiàn)了高效率的骨再生效果，開辟了MXene納米復(fù)合薄膜材料在骨再生領(lǐng)域的新應(yīng)用。這項(xiàng)研究解決了實(shí)現(xiàn)高效、安全促成骨的長期挑戰(zhàn)，深入解析MXene納米復(fù)合薄膜引導(dǎo)骨再生的級聯(lián)生物學(xué)過程，為其他二維納米材料的高性能規(guī)?；M裝及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究提供了新思路。

發(fā)展具有骨再生微環(huán)境調(diào)控作用的高強(qiáng)度自支撐新型材料是實(shí)現(xiàn)高效、安全促成骨的關(guān)鍵策略，具有重要的臨床意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前，臨床應(yīng)用的骨再生引導(dǎo)膜材料雖然具備一定的機(jī)械強(qiáng)度，但是不具備調(diào)控成骨微環(huán)境作用，包括清除活性氧/活性氮（ROS/RNS）等促炎相關(guān)分子，限制了其成骨效果。因此，亟待開發(fā)兼具骨再生微環(huán)境調(diào)控作用和力學(xué)自支撐的新型材料。碳化鈦MXene納米片具有優(yōu)異的力學(xué)、納米酶活性、光熱轉(zhuǎn)換和生物相容性，是制備高性能納米復(fù)合材料的理想基元。如何將MXene納米片連續(xù)化組裝成宏觀高性能納米復(fù)合材料，并深入探究其骨再生機(jī)制，是實(shí)現(xiàn)骨再生應(yīng)用亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。

為了實(shí)現(xiàn)高性能二維納米復(fù)合薄膜材料的連續(xù)化制備，該工作創(chuàng)新性地開發(fā)了卷對卷輔助刮涂結(jié)合有序界面交聯(lián)的新策略。規(guī)模化制備有序交聯(lián)的MXene（S-SBM）薄膜具有高拉伸強(qiáng)度（755 MPa）和韌性（17.4 MJ m-3）,強(qiáng)力學(xué)自支撐性有利于維持成骨所需空間。此外，該S-SBM薄膜具有高效清除ROS/RNS和促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2極化等成骨微環(huán)境調(diào)控作用。最終，相比商用引導(dǎo)骨再生膜（GBR），S-SBM薄膜具有更高的體內(nèi)成骨效率（8周新生骨體積分?jǐn)?shù)高達(dá)77.4%），在臨床骨修復(fù)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。

這項(xiàng)開創(chuàng)性研究成果對骨再生修復(fù)研究領(lǐng)域的發(fā)展具有里程碑的意義，其核心是發(fā)展了具有成骨微環(huán)境調(diào)控作用的高強(qiáng)度力學(xué)自支撐新型材料，解析了二維納米復(fù)合材料引導(dǎo)骨再生的級聯(lián)生物學(xué)過程，解決了實(shí)現(xiàn)安全、高效促進(jìn)骨再生面臨的瓶頸問題，不僅為新型臨床骨再生材料的研發(fā)開辟了新方向，也為其他二維納米材料的高性能規(guī)模化組裝及應(yīng)用研究提供了新思路。

該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市科技新星計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。