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　　介孔生物活性玻璃对用于骨组织工程的PLA基生物复合材料形态和热性能的影响

　　本研究提出通过将聚乳酸（poly(lactic acid)，PLA）（一种生物相容且可生物吸收的聚合物）与生物活性玻璃（bioactive glasses，BGs）（以其骨诱导性和无毒性而闻名的生物陶瓷）相结合，开发一种用于骨再生的潜在生物复合材料。在此背景下

　　本研究提出通过将聚乳酸（poly(lactic acid)，PLA）（一种生物相容且可生物吸收的聚合物）与生物活性玻璃（bioactive glasses，BGs）（以其骨诱导性和无毒性而闻名的生物陶瓷）相结合，开发一种用于骨再生的潜在生物复合材料。在此背景下，研究人员通过熔融加工制备了PLA生物复合材料，使用了两种类型的生物活性玻璃：45S BG和合成的介孔生物活性玻璃（mesoporous bioactive glass，MBG），分别以5和10 wt%的比例加入。MBG的加入保留了PLA基体的流变行为，并促进了球形、径向介孔颗粒的均匀分散，这通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析得到证实。热分析表明，PLA/MBG复合材料保持了聚合物的热稳定性和特征转变温度。力学测试显示，与纯PLA相比，PLA/BG5%和PLA/MBG5%样品的压缩模量显著提高，分别增加了166%和150%。细胞毒性分析表明，将两种BGs加入PLA不会损害长期细胞活力，但较高的MBG含量促进了更有利的初始细胞反应。总体而言，结果表明，PLA与MBG的组合产生了具有改进力学性能的生物复合材料，同时保留了热性能和生物学性能，突显了其在骨再生中的潜在应用。

　　**论文解读：介孔生物活性玻璃增强PLA基生物复合材料用于骨组织工程**

　　在骨组织工程领域，支架材料的设计需模拟人体骨骼微环境，支持细胞分化、附着、生长及营养物质和废物的运输。聚乳酸（poly(lactic acid), PLA）作为一种从天然资源发酵获得的生物聚合物，具有生物相容性和生物吸收性，可在体内降解代谢而不释放有毒副产物，因此成为支架制备的候选材料。然而，PLA的低生物活性、低表面能和低亲水性限制了其作为适宜细胞生长环境的潜力。为赋予其骨诱导和成骨性能，需将生物活性玻璃（bioactive glasses, BGs）等生物活性剂引入聚合物基体。BGs是基于SiO2四面体结构的生物陶瓷，通过氧桥连接，并含有Ca2+、Na+等网络修饰离子，可诱导羟基磷灰石成核，进而与人体骨骼形成强键合并促进骨再生。传统BGs（如45S BG）多采用熔融淬冷法制备，但颗粒尺寸和形态控制较差。新一代BGs通过溶胶-凝胶法结合表面活性剂制备介孔生物活性玻璃（mesoporous bioactive glass, MBG），具有高孔隙率和大比表面积，可显著增强生物活性、骨结合速率及降解行为。然而，将BGs与PLA通过熔融加工（如熔融混合）制备复合材料时，存在重大挑战：在高温和剪切作用下，BGs颗粒（尤其是含Ca2+和Na+的）可能催化PLA降解，导致聚合物分子量降低，进而损害热性能和力学性能。已有研究报道了PLA与纳米生物活性玻璃（nBGs）或生物硅酸盐复合时降解温度显著下降的现象。但截至目前，尚未有研究采用熔融混合法加工PLA与MBG。因此，本研究旨在探索MBG作为替代填料，与PLA通过熔融混合制备复合材料，并系统比较其与传统45S BG对PLA热、力学、流变性能及细胞毒性的影响，以开发适用于骨再生的聚合物基生物复合材料。该论文发表在《Polymer Engineering》。

　　研究人员采用以下主要技术方法：首先，通过溶胶-凝胶法合成MBG，以CTAB为模板，TEOS和Ca(NO3)2·4H2O为前驱体，经煅烧获得介孔纳米颗粒；商业45S BG购自Sigma-Aldrich。随后，将PLA（Ingeo Biopolymer 3D850）与两种BGs（5 wt%和10 wt%）在175°C、60 rpm下于内混合器中熔融混合5 min制备生物复合材料。对颗粒和复合材料进行表征：使用SEM和TEM分析颗粒形态；BET法测定比表面积和孔径；XRD和FTIR分析结构；流变学测试（稳态剪切和扭矩曲线）评估加工行为；TGA和DSC分析热稳定性及转变温度；DMA测定储能模量；压缩测试评估力学性能；接触角测量表面润湿性；细胞毒性实验采用Alamar Blue法，以MC3T3-E1小鼠前成骨细胞为模型，培养1天和7天。

　　**3.2.1 流变学表征**：扭矩曲线 N·m）略高于PLA（2.9 N·m），表明MBG增加了熔体粘度并限制了链运动；而PLA/BG样品的扭矩显著下降（PLA/BG10%降低37%），表明聚合物降解。MFI测试进一步证实，PLA/BG样品的MFI值显著升高（PLA/BG10%达27.8 g/10 min），而PLA/MBG样品与PLA相近（约6.4-6.6 g/10 min）。稳态剪切流变结果表明，PLA/BG降低了初始粘度并促进近牛顿行为，而PLA/MBG保留了甚至略微增大了粘度，与扭矩和MFI结果一致。

　　**AG九游会3.2.2 形态学分析**：SEM显示，PLA/BG样品中微米级BG颗粒分散不均，存在颗粒拔出、孔隙和尖锐界面，表明聚合物-颗粒粘附性差；PLA/MBG样品中纳米颗粒（平均161±18 nm）在PLA基体中均匀分散，无拔出和界面可见。TEM进一步证实MBG颗粒在加工后保持球形形态和介孔结构。

　　**3.2.7 接触角**：PLA的接触角为81°±1°，生物复合材料的接触角略降低（76°-80°），但无显著差异，表明表面润湿性未改变。

　　**3.2.8 细胞毒性实验**：Alamar Blue实验显示，培养1天时，所有含BG和MBG的复合材料的代谢活性暂时低于PLA，但PLA/MBG10%的活性相对较高；培养7天后，所有组的代谢活性均升高至与PLA相近水平，表明无持续细胞毒性。SEM图像显示MC3T3-E1细胞在复合材料表面附着良好。

　　本研究成功合成了MBG纳米颗粒，并采用内混合器有效制备了PLA与45S BG和MBG的生物复合材料。PLA/MBG生物复合材料表现出与纯PLA相当的流变行为，显微镜分析证实MBG颗粒在PLA基体中均匀分散且界面粘附良好，TEM分析表明颗粒在加工后保持球形径向介孔形态。TGA结果显示PLA/MBG复合材料保持了热稳定性，突显了MBG相对于传统45S BG的优越性。所测试的生物复合材料具有比PLA更高的储能模量，表明动态力学性能得到改善。BGs的添加提高了PLA的压缩模量，尤其是含5% BG和5% MBG的样品。表面润湿性保持不变，保留了PLA的固有表面特性。体外细胞相容性实验证实，PLA/MBG生物复合材料维持了长期细胞活力，较高的MBG含量促进了更有利的初始细胞反应。总体而言，热性能、流变性能的保持，力学性能的增强以及积极的生物学响应表明，PLA/MBG生物复合材料是骨再生应用的理想候选材料。此外，MBG在生物复合材料中还具有作为药物递送载体的强大潜力，可实现治疗因子的可控释放以用于骨再生。