大气压DBD等离子体处理对PVA/PEG/壳聚糖/HA纳米纤维骨支架生物降解性、亲水性及力学性能的调控研究

本研究针对骨组织工程支架表面改性需求，采用大气压介质阻挡放电(DBD)等离子体处理PVA/PEG/Chitosan/HA复合纳米纤维，通过OES证实活性物种(OH*、N2 、N2 + )的存在。结果表明1.5 mm处理距离使降解率达70%，接触角降低2.32°，杨氏模量提升至85.3 MPa，为优化骨再生支架性能提供新策略。

　　

在骨缺损修复领域，传统移植技术面临供体短缺和免疫排斥等挑战，而合成支架的机械强度、降解速率与细胞亲和力难以协同优化。羟基磷灰石(HA)虽具有骨传导性，但其脆性限制了单独应用；聚乙醇酸(PVA)能增强力学性能却缺乏生物活性，这种材料性能的矛盾亟待解决。更关键的是，支架表面特性直接影响细胞行为，但现有改性方法如化学处理可能破坏材料本体性能，真空等离子体设备昂贵且操作复杂。

针对这些难题，来自印度尼西亚的研究团队在《Talanta Open》发表创新研究，通过大气压介质阻挡放电(DBD)等离子体处理PVA/PEG/壳聚糖/HA电纺纳米纤维，系统探究了处理距离(1.5-3.0 mm)对支架性能的多维度影响。研究采用光学发射光谱(OES)实时监测等离子体活性组分，结合SEM、FTIR、接触角测量和力学测试等技术，发现1.5 mm处理距离可实现降解率70%、接触角降低2.32°、杨氏模量85.3 MPa的优化组合，为骨再生提供了性能可调控的智能支架解决方案。

3.1 等离子体活性组分鉴定
通过OES在200-800 nm波长范围检测，确认DBD等离子体含有OH*自由基(312 nm)、N₂
分子(334 nm)和N₂
⁺
离子(350-354 nm)三类关键活性物种，这些组分通过氧化和刻蚀作用改变材料表面特性。

3.2 化学结构演变
FTIR分析显示等离子体处理后O-H键(3265-3379 cm^-1
)和C-O键(918-1143 cm^-1
)振动峰强度显著增加，1.5 mm处理组增幅最大，表明表面氧化反应引入了更多极性基团。

3.3 形貌重构规律
SEM揭示非单调性直径变化：1.5 mm组纤维直径缩小至186.2 nm（对照组189.3 nm），而3.0 mm组反而增至233.8 nm。这种"近距刻蚀-远距沉积"的双重效应与等离子体能量梯度分布相关，1.5 mm组孔隙率提升至73%仍保持理想骨生长空间。

3.4 亲水性提升机制
接触角测试证实1.5 mm处理使水滴接触角降低2.32°，归因于表面-OH密度增加和微纳结构协同作用，符合骨支架<90°的亲水性要求。

3.5 可控降解特性
1.5 mm处理组在三周内实现70%降解率，既满足50-70%的理想范围，又通过表面活化加速了水解过程，与新生骨组织形成速率匹配。

3.6 力学性能调控
虽然极限强度从3.97 MPa降至3.59 MPa，但1.5 mm组的杨氏模量反常提升至85.3 MPa（对照组17.1 MPa），研究者归因于等离子体诱导的表面交联和致密化效应。

这项研究的重要意义在于：首次明确了DBD等离子体处理距离与骨支架性能的定量关系，1.5 mm为最优参数，在降解率、亲水性和刚度间取得突破性平衡。临床层面，该方法无需真空设备，15秒处理即可获得性能提升，大幅降低了生产成本。未来研究需验证等离子体处理对成骨细胞行为的影响，并探索该技术在承重骨缺损修复中的应用潜力。