多功能CaSiO3 /海藻酸钙微载体负载茶树精油用于抗菌与成骨的双功能骨修复研究

本研究针对骨修复过程中感染控制与成骨活性协同治疗的难题，开发了负载茶树精油(TTO)的CaSiO3 /海藻酸钙(CSi/CA)复合微载体系统。通过调控CaCl2 浓度(1-3%)和CaSiO3 比例(10-50 mol%)优化载体结构，最优配方TTO@C2-CSi20实现97%包封率和240小时缓释，对E. coli DH5α抑制率>96%，同时促进MG-63细胞增殖与矿化。该研究为感染性骨缺损提供了可定制的抗菌-成骨双功能治疗策略。

　　

骨组织修复面临两大核心挑战：术后感染风险与成骨能力不足。传统抗生素局部给药存在耐药性风险，而单一骨修复材料缺乏抗菌功能。茶树精油(TTO)虽具有广谱抗菌特性，但其疏水性和挥发性限制了临床应用。针对这一矛盾，研究人员开发了集成抗菌与成骨功能的复合微载体系统，通过创新材料设计实现"一石二鸟"的治疗效果。

台湾的研究团队在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》发表的研究中，采用乳液离子交联技术构建了TTO@CSi/CA复合微载体。通过调整CaCl₂
交联浓度和CaSiO₃
掺杂比例，结合SEM、ATR-FTIR和UV-Vis等技术表征材料特性，并采用SBF浸泡、抗菌实验和MG-63细胞培养评估生物活性。

3.1 CaSiO₃
粉末表征
XRD证实成功合成高结晶度硅灰石，SEM显示1-5 μm的粗糙表面聚集体，为后续生物活性奠定基础。

3.2 微载体形貌分析
2% CaCl₂
组形成最大粒径(1100±4.2 μm)，3%组因过度交联导致收缩(1015±2.5 μm)。CaSiO₃
增加使表面粗糙度提高，FE-EPMA证实元素均匀分布。

3.3 ATR-FTIR官能团分析
1739 cm^-1
新峰证实TTO成功负载，890 cm^-1
处Si-O-Ca特征峰表明CaSiO₃
与基质结合。

3.4 包封率与载药量
TTO@C2-CSi20获得最优性能(EE% 97%，LC% 76.7%)，过高CaCl₂
(3%)导致结构过密反而降低载药效率。

3.5 TTO释放动力学
所有组别呈现初期爆发释放(10小时达45.9%)和后续缓释(240小时)的双相模式，Korsmeyer-Peppas模型显示释放机制符合Fickian扩散(n=0.29-0.31)。

3.6 SBF生物活性
7天浸泡后形成10-25 μm球形磷灰石沉积，Ca²⁺
和Si⁴⁺
离子释放曲线证实经典的三阶段生物矿化机制。

3.7 抗菌性能
TTO@C1-CSi20组24小时即抑制94.1% E. coli DH5α生长，96小时维持>96%抑菌率，抗菌效果与释放曲线高度相关。

3.8 细胞毒性
20 mg/ml提取物组细胞存活率>90%，CaSiO₃
的加入使增殖率提升15-20%，证实材料生物相容性。

3.9 矿化能力
ARS染色显示所有组别均促进钙结节形成，其中CaSiO₃
含量最高的C3-CSi20组矿化效果最佳，但TTO高负载组(C2-CSi20)略有抑制。

该研究创新性地通过CaCl₂
浓度梯度设计实现了释放速率的精确调控：1%组适合急性感染控制，2%组平衡抗菌与成骨，3%组适于长期支持。CaSiO₃
的引入不仅增强机械强度，其释放的Ca²⁺
/Si⁴⁺
离子还协同促进成骨分化。这种"抗菌-载药-成骨"三位一体的设计思路，为感染性骨缺损修复提供了新的材料平台。研究结果对开发兼具抗感染和骨诱导功能的下一代骨修复材料具有重要指导价值。