《Results in Materials》：Investigation of Functionalized-MWCNT/Hydroxyapatite/Gelatin Nanocomposite Scaffolds for Bone Tissue Regeneration: Synthesis and Characterization
编辑推荐：
加入1 wt.% ?-MWCNT使抗压强度从1.13 MPa提高至4.21 MPa；两步酸功能化防止了纳米管在明胶中的团聚；工程化支架模拟了骨的3D互连孔隙结构；支架质量损失从62%降至21%，降解动力学趋于稳定；?-MWCNT表面的羧基在模拟体液（SBF）中
加入1 wt.% ?-MWCNT使抗压强度从1.13 MPa提高至4.21 MPa；两步酸功能化防止了纳米管在明胶中的团聚；工程化支架模拟了骨的3D互连孔隙结构；支架质量损失从62%降至21%，降解动力学趋于稳定；?-MWCNT表面的羧基在模拟体液（SBF）中加速了仿生磷灰石成核。
骨组织工程支架需兼顾力学支撑与生物活性，而单一羟基磷灰石（HA）脆性大，明胶/HA复合物在高孔隙率下强度不足。多壁碳纳米管（MWCNT）可增强力学性能，但需功能化以改善分散性。研究人员设计了明胶/HA/功能化MWCNT（?-MWCNT）三元纳米复合支架，系统评价其结构、力学、降解和生物活性。该论文发表于《Results in Materials》。
研究人员采用湿化学沉淀法合成HA，经两步酸处理（HCl纯化和H
2SO
4/HNO
3氧化）制备?-MWCNT，将明胶与HA（30:70 wt%）及不同含量?-MWCNT（0–1 wt%）混合后冷冻干燥，并用EDC交联。主要方法包括：XRD分析物相纯度，FTIR分析化学基团，SEM-EDS观察形貌和元素分布，液体置换法测孔隙率，万能试验机测压缩强度，PBS浸泡测降解质量损失，SBF浸泡评估生物活性。无样本队列来源。
**3.1 晶体学鉴定**
XRD证实合成HA为高纯度相，特征峰与JCPDS PDF No. 09-0432吻合，晶粒尺寸20–50 nm，无β-磷酸三钙等杂相。
**3.2 化学相互作用**
FTIR显示?-MWCNT成功引入O–H、C=O、C–O等极性基团。复合支架谱图随?-MWCNT含量变化很小，说明纳米管均匀分散；3420 cm
–1处的O–H伸缩带与天然骨中氢键环境相似。
**3.3 形貌观察**
SEM显示支架具有三维互连多孔结构，孔径50–200 μm，孔壁厚度约15±5 μm，呈肋状形态，无闭孔或相分离，适合细胞迁移和血管化。
**3.4 孔隙率**
孔隙率随?-MWCNT含量增加而下降，从0 wt%的约65%降至1 wt%的约40%。高长径比纳米管桥接HA和明胶，占据空隙。该孔隙特征接近天然小梁骨（孔隙率50–90%，孔径100–500 μm）。
**3.5 力学性能**
压缩测试表明，添加1 wt% ?-MWCNT使抗压强度从约1.13 MPa提升至约4.21 MPa，接近四倍增强；0.5 wt%和1 wt%配方分别为3.82±0.41 MPa和4.21±0.45 MPa，处于人松质骨（2–12 MPa）低端。增强机制包括羧基与明胶胺基共价键合促进应力传递、纳米管桥接裂纹、孔壁增强。
**3.6 降解行为**
在PBS（pH 7.4，37°C）中，对照组早期质量损失约62%，而1 wt% ?-MWCNT支架仅21%。?-MWCNT网络限制明胶溶出并维持结构完整性。其中0.5 wt%配方降解速率最平衡，既能保证早期力学支撑，又为新生骨组织提供空间。
**3.7 生物活性**
SBF浸泡10天后，SEM-EDS显示0.5 wt%和1 wt%支架表面均覆盖板状碳酸化磷灰石，Ca、P元素均匀分布，1 wt%样品矿化密度更高。?-MWCNT上的羧基（–COO
–）为Ca
2+吸附提供位点，促进磷灰石成核。
**讨论与结论**
研究人员认为0.5 wt%和1 wt%配方在力学强度与孔隙率间达到平衡，其中0.5 wt%兼具适宜降解速率和结构稳定性，最有利于骨再生。生物安全性方面，羧基功能化和聚合物包封可降低MWCNT潜在毒性，本研究所用浓度（0.1–1 wt%）低于常见安全阈值（<2 wt%），但仍需进一步细胞毒性实验验证。
结论翻译：本研究采用优化的冷冻干燥技术成功构建了仿生明胶/?-MWCNT/羟基磷灰石纳米复合支架，该支架模拟了天然骨细胞外基质的关键结构特征。所建立的制备方案具有无溶剂处理、成本低、可规模化等优点。微观结构表征证实支架具有互连多孔网络，孔径控制在50–200 μm，可通过调整冷冻参数实现形貌裁剪，增强骨传导性。功能化多壁碳纳米管（0.1–1 wt%）的掺入显著提高了支架力学性能，在保持细胞浸润和营养扩散所需多孔网络的同时增加了抗压强度。该增强策略与良好生物活性和可控降解谱相结合，有效解决了骨组织工程中力学完整性与生物功能性平衡的根本挑战。尽管结果表明功能化MWCNT可能通过提供额外成核位点促进磷灰石形成，但尚需与HA/明胶对照支架进行定量对比研究，以精确确定f-MWCNTs对生物矿化的独立贡献。
