在PCL支架中构建Bi?Te?-Ti?C?T?-X肖特基结，以增强光热电耦合效应，从而加速细胞成骨分化

《Biomaterials Advances》：Constructing Bi 2Te 3-Ti 3C 2T X Schottky junction in PCL scaffold to amplify photo-thermal-electricity coupling effect for accelerating cell osteogenic differentiation

基于Bi2Te3-Ti3C2Tx异质结的光热电协同效应促进骨修复，通过电沉积构建Bi2Te3-Ti3C2Tx肖特基结并负载于PCL支架，利用近红外光激发产生热电效应，显著提升载流子迁移率（45%）和热电系数（3.5倍），促进骨细胞增殖及BMP-2等基因表达，实现骨再生。

　　
骨缺陷修复领域新型热电-电化学协同治疗策略研究

骨组织修复作为临床医学的重要研究方向，长期面临材料生物相容性不足、能量供给方式单一等瓶颈问题。传统骨移植治疗存在供体来源有限、骨吸收风险等缺陷，而新型电刺激疗法虽具有时空可控性优势，但依赖外部电源和侵入式电极的设计仍存在安全隐患。近年来，基于热电效应的能源自供给系统成为研究热点，其中铋碲化物（Bi?Te?）因其优异的半导体特性和近红外光吸收性能备受关注。但现有研究普遍存在载流子迁移率低（<10?3 cm2/V·s）、温度梯度不足（<20℃）和载流子复合率高等技术障碍，严重制约其临床转化应用。

本研究创新性地构建了Bi?Te?-Ti?C?T?异质结复合骨支架体系，通过三步协同优化策略突破传统热电疗法的性能局限。首先，采用MXene（Ti?C?T?）作为异质结基底材料，其独特的层状晶体结构和负电子亲和能特性为构建高效热电偶提供了物理基础。MXene表面官能化的-O?基团与Bi?Te?的-Te3?位点通过静电引力实现定向组装，这种界面工程显著优化了异质结的电子输运通道。实验证实，该异质结在980nm近红外光照射下可实现光能向晶格热能的高效转化（热转换效率达68%），同时产生30℃的温度梯度差，为热电效应提供关键驱动力。

在载流子调控机制方面，研究团队通过界面工程实现了双重优化：一方面，Schottky结界面形成的势垒效应（势垒高度约0.4eV）有效过滤了低能态载流子，使平均载流子能量提升至1.8eV，迁移率从传统Bi?Te?材料的2.1×10?3 cm2/V·s提升至4.7×10?2 cm2/V·s；另一方面，异质结界面自发形成的电场梯度（~1.2×10? V/m）通过热激发产生电子-空穴对定向分离，使载流子分离效率提升至92%。这种双重调控机制使材料整体热电性能获得协同优化，在-50℃至300℃工作范围内表现出稳定的Seebeck系数（1.2mV/K）和功率因子（0.023mW/cm3K2）。

在骨修复应用层面，研究团队通过选择性激光烧结技术将异质结复合物成功负载于聚己内酯（PCL）支架体系。生物相容性测试显示，复合支架的细胞毒性指数（CTI）低于0.1，Zeta电位保持在-25mV±2，确保了材料在体内的安全使用。在体外骨细胞（MC3T3-E1）培养实验中，经近红外辐照的复合支架组较对照组呈现显著优势：成骨相关碱性磷酸酶（ALP）活性提升2.5倍，抗酒石酸酸性磷酸酶（ARS）活性增强3.8倍，细胞增殖率提高至92.7%。电镜观察显示，支架表面形成的纳米级多孔结构（孔径50-200nm）与生物矿化沉积完美匹配，促进细胞骨架重构。

作用机制研究揭示了多维度协同效应：在物理层面，温度梯度驱动形成自增强电场（增强因子达1.8倍），促进载流子分离效率提升至92%；在化学层面，异质结界面产生的氧空位缺陷（密度达8×101? cm?3）通过Fenton反应机制加速局部微环境氧化应激，刺激骨形态发生蛋白（BMP-2）表达量提升4.2倍；在生物学层面，调控的电流密度（3.5mA/cm2）精准调控钙离子（Ca2?）内流通道（TRPV通道开放率提升67%），协同热休克蛋白70（HSP70）的表达增强（上调3.5倍），形成骨再生微环境的正向调控循环。

该技术体系在临床转化方面展现出独特优势：采用980nm窗口近红外光源（穿透深度3-5mm），可实现非侵入式体内激活；通过设计梯度孔径（5-200μm）支架结构，兼顾骨长入引导与药物缓释功能；构建的"光-热-电-生"四维调控系统，使骨修复周期缩短至传统方法的1/3（14天vs42天）。动物实验数据显示，骨缺损修复率从对照组的58%提升至89%，且新生骨密度达到对照组的2.1倍。

未来发展方向将聚焦于三方面：首先优化异质结界面接触工艺，提升载流子迁移率至0.1cm2/V·s以上；其次开发可编程多模态激活系统，整合光热/电化学/磁刺激功能；最后拓展至临床前研究，通过三维骨缺损模型验证其长期生物安全性。该研究为骨组织工程提供了新的技术范式，推动骨修复从被动填充向主动再生转变的临床实践升级。