基于蛋壳源羟基磷灰石/阿拉伯胶聚合物复合材料的生物医学应用研究

针对骨修复材料抗菌性不足和机械性能受限的问题，研究人员通过共沉淀法将蛋壳源Sm3+ 掺杂羟基磷灰石(Sm-HAp)与阿拉伯胶(ANG)复合，开发出兼具优异抗菌性(对E. coli和S. aureus)、抗氧化性(DPPH活性)和生物相容性(MTT实验证实)的新型生物材料，为骨植入物应用提供绿色解决方案。

　　

骨骼缺损修复一直是骨科领域的重大挑战。全球每年因创伤、肿瘤或骨骼疾病导致的骨缺损病例数以百万计，而现有治疗方案如自体骨移植存在供体有限、二次创伤等问题，合成材料则常面临机械强度不足或缺乏生物活性的困境。天然骨是由60%无机矿物（主要为羟基磷灰石，HAp）、30%有机成分和10%水组成的精密复合材料，如何仿生构建兼具生物活性和力学性能的骨修复材料成为研究热点。

传统HAp虽具有优异的生物相容性和骨传导性，但其抗菌性能薄弱，术后感染风险高；而合成聚合物载体又存在毒性隐患。更棘手的是，材料降解速率与骨再生速度的匹配、孔隙结构与细胞生长的协调等关键问题尚未完美解决。面对这些挑战，来自印度泰米尔纳德邦的研究团队另辟蹊径，将目光投向两种天然资源——被视为废弃物的蛋壳和阿拉伯胶树分泌物，通过创新性的Sm³⁺
离子掺杂和聚合物复合策略，在《International Journal of Biological Macromolecules》发表了突破性研究成果。

研究团队采用共沉淀法将蛋壳钙源转化为Sm-HAp，再与阿拉伯胶(ANG)复合。通过FTIR、XRD、SEM/TEM进行材料表征，抗菌实验选用E. coli和S. aureus，生物相容性通过HOS MG-63细胞MTT实验评估，并在模拟体液(SBF)中测试降解性能。

Collection of eggshells
蛋壳经清洗粉碎后，高温煅烧获得高纯度CaO前驱体，为后续HAp合成提供理想钙源。

Fourier transform infrared spectra
FTIR证实成功合成HAp特征结构：3315 cm^-1
处羟基振动峰，1087-564 cm^-1
区间PO₄
^3-
特征峰。Sm掺杂导致峰位偏移，ANG复合后出现多糖特征峰(1652 cm^-1
)，证明复合物形成。

Antibacterial activity
Sm-HAp/ANG对S. aureus抑菌圈达18 mm，优于纯HAp(9 mm)，归因于Sm³⁺
破坏细菌膜电位及ANG的协同抗菌作用。

Biocompatibility analysis
MTT实验显示复合物组细胞存活率达98%，显著高于对照组(p<0.05)，ANG的粘附特性促进成骨细胞铺展。

Swelling and degradation
SBF中72小时降解率约12%，适度降解速率匹配骨生长周期，ANG调控的孔隙结构(平均孔径15μm)利于营养输送。

这项研究开创性地将生物废弃物转化为高性能医用材料：蛋壳提供的HAp保持天然骨矿物相似性，Sm³⁺
掺杂赋予抗菌功能，而ANG不仅作为绿色粘合剂，其两亲性分子结构更优化了材料亲水性和细胞响应。特别值得注意的是，复合材料中无定形相占比达96.2%，这种特殊微观结构可能是其优异生物活性的关键。研究突破传统HAp复合材料在抗菌-生物相容性平衡上的局限，为开发低成本、可持续的骨修复材料提供新范式，尤其适用于资源有限地区的医疗应用。未来通过调控Sm³⁺
掺杂量和ANG交联度，可进一步优化材料性能谱，推动其向临床转化。