生物活性氧化锌修饰PVDF基压电促骨传导纳米纤维涂层在骨科植入物中的应用

为解决钛基骨科植入物涂层存在的粘附强度不足、生物相容性差及应力屏蔽效应等问题，研究人员开发了掺入氧化锌(ZnO)的聚偏二氟乙烯(PVDF)压电纳米纤维涂层。通过调控ZnO含量(0.5-2.0 wt.%)，该涂层展现出3-4倍提升的压电d33系数和输出电压，经极化处理后更可促进5倍胶原沉积和羟基磷灰石形成。研究证实该涂层通过钙-钙调素通路激活成骨细胞功能，为智能骨科植入材料设计提供新策略。

　　

钛合金骨科植入物的表面改性研究持续数十年，但涂层脱落、磨损率高、骨整合不足等问题仍导致术后失败。这项研究创新性地采用静电纺丝技术，将具有骨传导特性的氧化锌(ZnO)纳米颗粒与压电聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF)结合，构建出智能纳米纤维涂层。

通过压电力显微镜(PFM)检测发现，含ZnO的PVDF纳米纤维展现出惊人的压电性能提升——d₃₃系数和输出电压达到纯PVDF的3-4倍。更令人振奋的是，经过电场极化的纳米纤维可显著促进细胞外基质分泌，使胶原沉积和羟基磷灰石形成量提升5倍，同时展现出优异的血液相容性。

深入机制研究表明，这种压电-骨传导双功能涂层能激活成骨细胞内钙-钙调素(Ca²⁺-CaM)信号通路。在仿生机械生物反应器中，仅需施加1%生理应变即可显著增强细胞黏着斑形成和F-肌动蛋白(F-actin)重构。这些发现为开发兼具力学响应性和生物活性的智能骨科植入物提供了全新思路。