壳聚糖-羟基磷灰石-铌酸钾钠复合支架的多功能响应及其在骨组织工程中的应用研究

《Macromolecular Bioscience》：Multifunctional Response of Chitosan-Based Hydroxyapatite-Potassium Sodium Niobate Composite Scaffolds for Bone Tissue Engineering Applications

本研究针对骨组织工程对兼具力学强度与生物活性多功能支架的需求，通过冷冻干燥法制备了壳聚糖基羟基磷灰石(HAP)-铌酸钾钠(KNN)复合支架。结构表征证实其具有晶相纯度、强界面结合和均匀元素分布；支架呈现平均95±8 nm孔径和77%孔隙率的互联多孔网络，杨氏模量达4.14 MPa（较纯壳聚糖提升近一倍）。体外生物活性实验显示12天后模拟体液中形成Ca/P比为1.66的致密磷灰石层，降解率24天仅为11.9±0.4%，抗氧化活性达48.6±0.5%，蛋白吸附量提升至20-27 μg/mL。MG-63成骨细胞培养显示>90%存活率及持续铺展黏附，表明该支架是极具潜力的多功能骨修复平台。

　　

开发兼具力学强度与生物活性的多功能支架是骨组织工程的关键挑战。本研究通过冷冻干燥技术成功制备了壳聚糖基羟基磷灰石(HAP)-铌酸钾钠(KNN)复合支架。结构分析显示材料具有纯净晶相、牢固的界面结合以及均匀的元素分布，无二次相生成。形态学观察发现支架内部存在相互连通的多孔网络，平均孔径为95±8纳米，孔隙率高达77%。力学测试表明复合支架的杨氏模量达到4.14兆帕，几乎是纯壳聚糖支架的两倍。

在模拟体液中培养12天后，支架表面形成致密的磷灰石层，其钙磷(Ca/P)比值为1.66，接近化学计量羟基磷灰石(HAP)的理论值。溶胀和酶降解研究显示，复合支架在24天内仅降解11.9±0.4%，且流体吸收量减少，稳定性显著提升。抗氧化实验测得复合材料具有48.6±0.5%的自由基清除率，明显高于壳聚糖的36±0.6%。蛋白吸附量也增至20–27微克/毫升（纯壳聚糖为9微克/毫升）。

使用MG-63成骨细胞进行的生物学评价显示，培养第1天细胞存活率超过90%，至第5天仍保持增殖态势，并呈现明显铺展和黏附形态。这些结果充分表明，HAP-KNN增强的壳聚糖支架是骨科应用领域极具前景的多功能平台。