压电骨支架BT/HA/PHBV微纳米纤维膜的制备、性能分析与降解机制研究

为解决大尺寸骨缺损修复难题，研究人员通过水热法合成四方相BaTiO3 /羟基磷灰石(HA)复合纳米颗粒，结合静电纺丝技术构建BT/HA/PHBV压电微纳米纤维膜。该材料展现三维多孔结构、优异力学性能及与天然骨相当的压电系数(d33 )，超声刺激可显著增强促成骨分化能力，同时通过第一性原理模拟揭示其降解机制，为骨组织工程提供新型功能化支架解决方案。

　　

随着现代交通、运动产业快速发展以及生活压力增大，由创伤或不良生活习惯导致的大尺寸骨缺损修复仍是临床重大挑战。尽管人体骨骼具有天然再生能力，但大面积损伤时自我修复机制失效，传统骨移植材料存在供体有限、免疫排斥等问题。针对这一难题，西安某高校研究团队创新性地将压电效应引入骨支架设计，通过制备四方相BaTiO₃
(BT)/羟基磷灰石(HA)/聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)三元复合微纳米纤维膜，成功开发出兼具力学支撑与生物电活性的智能骨修复材料，相关成果发表于《Materials Today Communications》。

研究采用水热转化法调控碱浓度、温度和时间参数优化四方相BT合成，结合静电纺丝技术构建三维多孔纤维膜。通过Box-Behnken实验设计(BBD)筛选最佳工艺，系统表征材料的力学性能、生物矿化、降解行为及压电特性(d₃₃
)，并联合第一性原理计算揭示降解机制。

Hydrothermal conversion of tetragonal BaTiO₃

通过高浓度碱性溶液水热法，将立方相BT转化为具有压电特性的四方相，BBD实验确定碱含量、水热时间和温度为关键影响因素，最终获得高纯度四方相BT/HA复合颗粒。

Conclusion
研究证实：1）高碱环境下成功实现立方相向四方相BT的转化；2）静电纺丝制备的BT/HA/PHBV纤维膜具有理想的三维孔隙结构（孔隙率>80%）和力学强度（弹性模量12.3±0.8 MPa），匹配天然骨力学需求；3）极化后材料压电系数达4.8 pC/N，与天然骨相当；4）体外实验显示优异生物相容性，超声刺激使碱性磷酸酶(ALP)活性提升2.1倍；5）降解实验结合模拟表明HA的引入通过调控酯键水解速率优化降解性能。

该研究首次将压电响应、可控降解与骨诱导活性整合于单一支架，突破传统材料功能单一的限制。四方相BT/HA协同作用不仅增强PHBV的机械强度，其压电效应更模拟骨骼受力微环境，为"力学-电信号"双重调控骨再生提供新思路。通过第一性原理计算揭示的降解机制，为后续材料寿命设计奠定理论基础。这种仿生多级结构设计策略，对开发下一代智能骨修复材料具有重要指导价值。