《Acta Biomaterialia》：Potential-gradient reprogramming of zinc-based membranes for orthopedic applications
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丹江|张志石|魏沟|李志涛|张白青|李萌|孙金玲|万敏|刘成虎|卢文波|李亚刚|张海军|徐大科|王鲁宁摘要基于锌的材料在体外降解速率仅为<0.1毫米/年，这一速度慢于屏障膜所需的临床应用标准。不过，目前用于加速其降解的有效策略仍然有限，而过高的降解速率往往会导致材料过早穿孔。在此
丹江|张志石|魏沟|李志涛|张白青|李萌|孙金玲|万敏|刘成虎|卢文波|李亚刚|张海军|徐大科|王鲁宁
摘要
基于锌的材料在体外降解速率仅为<0.1毫米/年，这一速度慢于屏障膜所需的临床应用标准。不过，目前用于加速其降解的有效策略仍然有限，而过高的降解速率往往会导致材料过早穿孔。在此，我们介绍了一种厚度为100微米的基于锌的层状复合膜，该膜利用化学梯度与电势梯度来同时加速降解并防止材料整体穿孔。这种膜按照电势由低到高的顺序依次堆叠，分别为锌、Zn-2Cu、Zn-4Cu和Zn-8Cu，从而形成5.03毫伏/微米的层间电势梯度。这一梯度使得腐蚀从以点蚀为主的模式转变为横向扩散模式，从而使降解速率达到0.17±0.03毫米/年（是纯锌的3.4倍），且不会导致穿孔。此外，该膜还具有超过90%的抗菌效果，同时铜含量降低了56%。总体而言，通过电势梯度调控，可以实现可生物降解金属的安全加速降解。
重要性说明
现有的基于锌的可生物降解膜降解速度过慢（<0.1毫米/年），无法满足临床屏障应用的需求，而传统的加速策略则不可避免地会导致材料过早穿孔。本研究通过一种厚度为100微米的层状复合膜以及经过设计的层间电势梯度，解决了这一关键问题。通过将腐蚀模式从以点蚀为主转变为横向扩散，该膜实现了3.4倍的加速降解速率，且不会导致整体穿孔——这是首个满足临床要求的可生物降解金属屏障膜。此外，通过成分分层来建立电化学梯度的这种方法也可轻松应用于其他可生物降解金属材料。
