刺激响应性螺旋支架：层级结构与电刺激协同促进骨再生

为解决骨质疏松性骨折愈合缓慢的临床难题，研究人员通过牺牲模板法开发了具有层级孔隙结构的3D明胶-NaNbO3 @PDMS螺旋支架，结合电刺激（US）与零曲率表面设计，显著提升钙沉积（1200%）和细胞定向排列。该研究为仿生骨修复材料及物理治疗提供了新范式。

　　

骨质疏松性骨折的漫长愈合过程一直是临床面临的重大挑战。传统骨修复材料难以模拟天然骨的复杂微环境，尤其缺乏对力学-电信号协同作用的精准调控。现有压电材料如PZT含毒性铅元素，而常规极化技术无法适应多孔支架的复杂几何结构。这些问题严重制约了功能性骨替代材料的发展。

针对上述瓶颈，来自巴西圣卡洛斯联邦大学等机构的研究团队在《Materials Today》发表突破性研究。他们创新性地将牺牲模板3D打印技术与无铅压电材料NaNbO₃
结合，开发出具有仿生螺旋结构的智能支架，通过电-力协同刺激显著加速骨再生。这项研究为下一代骨修复材料的设计提供了全新思路。

关键技术包括：1）采用熔融沉积成型（FFF）制备牺牲模板；2）水热法合成NaNbO₃
纳米立方体；3）通过电晕放电极化实现支架表面电荷注入；4）建立有限元模型分析电场分布；5）结合50/250 mW·cm^?2
超声刺激评估生物效应。

【层级结构设计】
通过调控孔隙率（0%/18%/63%）构建宏观-微观双尺度孔隙系统。63%高孔隙率支架产生比18%支架强6倍的电场，其零曲率表面更利于细胞贴附。

【机电性能调控】
电晕极化使支架表面电荷密度提升3倍，250 mW·cm^?2
超声刺激下电场强度额外增强10%。低孔隙（18%）支架表现出更优的阻尼性能（弹性模量提升35%）。

【生物效应验证】
刺激组钙沉积量达对照组的1200%，成骨相关基因表达上调2-3倍。有限元分析显示电场线沿螺旋通道定向排列，引导细胞沿力-电矢量方向生长。

这项研究首次证实：1）零曲率几何结构可优化电场分布；2）电-力协同刺激比单一刺激更有效；3）NaNbO₃
@PDMS复合材料兼具生物安全性与压电活性。该成果不仅为复杂骨缺损修复提供了新型智能支架设计方案，其电晕极化技术更可推广至其他生物电子器件领域。研究揭示的"孔隙率-电场强度-细胞响应"定量关系，为个性化骨修复材料的开发奠定了理论基础。