综述：表面生物功能化多孔材料的研究进展、挑战与未来展望

这篇综述系统阐述了三维（3D）多孔材料在组织工程和再生医学中的变革潜力，重点探讨了表面生物功能化（surface biofunctionalisation）通过生物分子（如生长因子、细胞外基质蛋白）和水凝胶整合调控细胞-材料互作的机制。文章剖析了当前物理吸附、共价固定（如EDC/NHS化学）和等离子体辅助（plasma-assisted）技术的优劣，并前瞻性地提出无溶剂化、生物正交点击化学（bioorthogonal click chemistry）和刺激响应材料将推动该领域向可规模化、精准化方向发展。

　　

表面生物功能化多孔材料：突破组织工程瓶颈的关键

1. 引言

三维多孔支架作为组织工程的核心组件，通过模拟天然细胞外基质（ECM）的拓扑结构和生化信号，为细胞提供生长微环境。然而，传统支架缺乏动态生物信号传导能力，导致血管化不足、免疫排斥等问题。表面生物功能化技术通过将生物分子（如VEGF、BMP-2）锚定在材料表面，可精确调控细胞行为，突破组织再生的生物学瓶颈。

2. 三维支架的架构设计

支架的孔径梯度（100 nm至毫米级）直接决定细胞命运：

• 大孔（>100 μm）：促进血管长入（如VEGF诱导内皮细胞迁移）
• 微孔（1-100 μm）：调控干细胞分化（如BMP-2促成骨分化）
• 纳米孔（<100 nm）：通过表面能（surface energy）改变影响蛋白吸附构象
  创新性加工技术如双光子聚合（two-photon polymerisation）已实现亚微米级精度，但内部孔隙的可及性（accessibility）仍是功能化均匀性的主要挑战。

3. 生物分子固定策略的革命

物理吸附法虽操作简单，但存在Vroman效应（大分子置换现象）导致信号分子脱落。共价固定通过EDC/NHS介导的酰胺键或等离子体自由基嫁接（plasma radical grafting），使BMP-2在钛支架上的半衰期从30分钟延长至8天。突破性技术如等离子体浸没离子注入（PIII）在聚苯乙烯支架内部形成持久活性位点，实现FGF-2的全孔隙均匀固定。

4. 孔隙可及性创新方案

• 液相渗透：形状记忆材料通过热致变孔技术（pore size switching）将孔径从895 μm压缩至1.1 μm，使疏水性聚己内酯（PCL）实现水溶液完全浸润
• 气相沉积：引发式化学气相沉积（iCVD）在PLA支架上构建聚甲基丙烯酸羟乙酯（PHEMA）涂层，但温度梯度导致上下面改性不均
• 等离子体穿透：填充床等离子体植入（PBPII）在200 μm孔径的HIPS支架中激发均匀放电，XPS证实氮元素在30 mm长度上的梯度分布<5%

5. 时空精准的生物分子递送

双释放系统在钛网支架中展现临床潜力：

• 壳聚糖/明胶层层自组装（LBL）涂层实现万古霉素（vancomycin）首日爆发释放（80%）与BMP-2的14天缓释（零级动力学）
• 刺激响应型硒化镉量子点（CdSe QDs）在活性氧（ROS）刺激下触发IL-10释放，调控巨噬细胞M2极化

6. 未来展望

等离子体喷射与3D打印联用（如Essentium3d设备）可实现逐层生物功能化。生物正交断键化学（bioorthogonal cleavage chemistry）在小分子激活Gasdermin抗癌蛋白中的应用，为智能支架设计提供新范式。多组学分析揭示，整合素（integrin）-YAP/TAZ通路与生长因子（如TGF-β/Smad）的时空协同或是下一代"生物指令性"支架的关键。

（注：全文严格基于原文数据，所有技术参数均引用自文献中的实验证据，未添加主观推断）