摘要：

本研究构建了PLLA-ZnO微环境响应压电界面，在电纺PLLA纤维表面暴露取向ZnO纳米线，整合增强压电响应、纳米形貌与酸性响应Zn²⁺释放。该界面旨在协调抗菌、免疫调节与成骨，缓解植入物相关骨感染中感染控制与骨再生的冲突。体外显示广谱抗菌、促巨噬细胞促愈合极化、促间充质干细胞成骨；大鼠模型中抑制细菌定植、减轻炎症、促进骨再生与骨整合，并具良好生物安全性。

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研究背景

植入物相关骨感染常伴随持续感染、炎症失调与骨再生受损，传统植入物缺乏内在抗菌和成骨诱导能力。单靶向抗菌或成骨策略难以应对感染与再生之间的病理耦合。压电材料可将生理机械刺激转为电信号，模拟骨电微环境并调节骨免疫。PLLA可降解但压电较弱；ZnO具压电、抗菌和免疫调节潜力，但纳米颗粒包埋常限制离子释放与界面活性。因此，需要可同时改善电机械耦合与离子可及性的表面架构。

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主要内容

作者在电纺PLLA纤维上原位生长取向ZnO纳米线阵列，并经聚多巴胺中间层固定于钛基底。该分级界面增强压电输出，暴露纳米线形貌，并在感染相关酸性条件下触发Zn²⁺释放。抗菌机制涉及纳米线机械穿透、氧化应激与Zn²⁺干扰；成骨与免疫调节则与压电电刺激和离子信号相关。由此实现早期抗菌抗炎、后期成骨与骨整合的时序协调。

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研究设计

制备PLLA、PLLA/ZnO纳米颗粒对照与PLLA-ZnO纳米线界面，筛选ZnO含量，表征形貌、结构、亲水性、力学、涂层粘附、降解与离子释放。体外评估细胞与血液相容性、MSC成骨、巨噬细胞极化，以及针对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌、生物膜、ROS和膜完整性。体内建立大鼠股骨植入物相关骨感染模型，比较Ti、Ti/PLLA、Ti/PLLA/ZnO、Ti/PLLA-ZnO，在早期和后期评估感染、炎症与骨再生。

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结果

PLLA-ZnO界面呈垂直取向ZnO纳米线，压电输出增强，亲水性和模量提升，PDA增强涂层粘附，酸性下Zn²⁺释放更明显。体外生物相容性良好，促MSC成骨矿化与成骨标志表达，促巨噬细胞向促愈合表型。对革兰阳性与阴性菌均显示抗菌作用，破坏细菌膜、升高ROS并抑制生物膜。体内早期细菌定植减少，中性粒细胞浸润和促炎因子下降，抗炎因子与早期成骨标志上升；后期骨再生与骨整合改善，炎症受控，主要器官未见明显异常。

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思路延伸

该工作提示，纳米形貌、压电刺激与离子释放的多线索整合，可动态适配感染微环境并协调免疫-成骨。后续可深入解析压电介导成骨的具体信号通路、Zn²⁺时空剂量与纳米线几何参数，评估长期降解、免疫记忆及不同菌种和骨缺损模型的普适性。对设计下一代骨植入物界面具启发，但仍需严谨机制与长期安全验证。

原文来源：

Science Bulletin

Pub Date : 2026-10-01

DOI:10.1016/j.scib.2026.10.008

Changxu Chen, Jianfeng Sun, Zijian Wang, Jiaxuan Li, Xiaozhou Wen,

Xuqiao Zhao, Jinxi Liu, Yong Chen, Yilin Qi, Shuncheng Yao, Zhipeng Qu,

Engui Wang, Han Ouyang, Swee Hin Teoh, Xi Cui, Zhou Li

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