溶菌酶聚集体功能化碳纳米管仿生羟基磷灰石矿化：一种骨修复材料的创新策略

针对碳纳米管(CNTs)在骨移植中因细胞毒性难以应用的关键问题，本研究通过溶菌酶(Lyso)聚集体介导的仿生矿化策略，成功构建了CNTs/羟基磷灰石(HAp)杂化复合材料。该材料通过Lyso功能化CNTs表面促进HAp晶体c轴定向生长，模拟天然骨结构，显著提升生物相容性和骨传导性，为骨缺损修复提供了新型仿生替代材料。

　　

骨骼作为典型的有机-无机杂化复合材料，其优异的力学性能和生物学功能源于羟基磷灰石(HAp)晶体与胶原纳米纤维的精密组装。然而，人工复制这种分级结构面临巨大挑战——碳纳米管(CNTs)虽具备替代胶原的潜力，却因细胞毒性限制其骨科应用；而传统方法难以在CNTs表面实现类骨HAp晶体的可控矿化。这一瓶颈严重制约了仿生骨替代材料的开发。

针对这一难题，陕西科技大学等机构的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表创新成果。受天然骨分级结构启发，研究人员开发了溶菌酶(Lyso)聚集体介导的仿生矿化策略：通过Lyso寡聚纳米颗粒快速吸附修饰CNTs表面，利用其丰富的羧基、羟基等官能团螯合钙/磷酸根离子，在模拟体液(SBF)中诱导HAp晶体沿c轴定向生长，最终构建出具有骨样分级结构的CNTs/Lyso/HAp复合材料。

关键技术方法
研究采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等技术表征材料形貌与晶体结构；通过分子动力学模拟分析Lyso与CNTs的界面相互作用；利用体外细胞实验评估材料的生物相容性；采用力学测试仪测定复合材料的粘结强度。所有实验均在37°C模拟生理条件下进行。

研究结果

1. 材料设计与表征
   Lyso聚集体通过π-π堆积和氢键作用高效修饰CNTs表面，形成厚度约50 nm的功能层。该层富含的负电基团可有效结合Ca²⁺和PO₄^3-，为HAp成核提供位点。

2. 矿化机制解析
   Lyso/CNTs界面诱导的HAp晶体呈现与天然骨相似的c轴择优取向，XRD显示(002)晶面衍射峰显著增强，证实晶体沿长轴定向排列。

3. 生物学性能
   与纯钛板相比，HAp/Lyso/CNTs复合材料促进成骨细胞增殖率达150%，且显著增强细胞外基质分泌。拉伸实验表明Lyso介导的HAp-CNTs界面结合能达15 J/m²，远超物理吸附强度。

结论与意义
该研究开创性地利用蛋白质聚集体实现CNTs的生物功能化，突破传统化学修饰的局限性：
1）Lyso仿生界面解决CNTs细胞毒性问题，首次实现CNTs表面类骨HAp的稳定矿化；
2）c轴取向晶体的可控生长使复合材料压缩强度达120 MPa，接近皮质骨力学性能；
3）为开发兼具骨传导性和机械强度的新型骨移植材料提供普适性策略。

这项工作不仅为CNTs在骨科的应用扫清障碍，更建立了"蛋白质模板-无机矿化"的仿生材料设计范式，对组织工程和再生医学具有重要指导价值。