10月31日，北京大学口腔医学院邓旭亮教授课题组和北京航空航天大学化学学院程群峰教授课题组在二维纳米复合材料连续化制备及骨再生应用研究领域取得最新进展“连续化制备的高强度碳化钛薄膜用于高效促成骨”。成果论文刊发于《自然》杂志。

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具有成骨微环境调控作用MXene骨再生引导膜材料的规模化制备及成骨应用。（课题组供图）

论文通讯作者、北京大学口腔医学院教授邓旭亮告诉《中国科学报》，该工作开发了具有成骨微环境调控作用的高强度自支撑MXene骨再生引导膜材料，实现了高效率的骨再生效果，开辟了MXene纳米复合薄膜材料在骨再生领域的新应用。这项研究解决了实现高效、安全促成骨的长期挑战，深入解析MXene纳米复合薄膜引导骨再生的级联生物学过程，为其他二维纳米材料的高性能规模化组装及生物医学应用研究提供了新思路。

发展具有骨再生微环境调控作用的高强度自支撑新型材料是实现高效、安全促成骨的关键策略，具有重要的临床意义和经济价值。目前，临床应用的骨再生引导膜材料虽然具备一定的机械强度，但是不具备调控成骨微环境作用，包括清除活性氧/活性氮（ROS/RNS）等促炎相关分子，限制了其成骨效果。因此，亟待开发兼具骨再生微环境调控作用和力学自支撑的新型材料。碳化钛MXene纳米片具有优异的力学、纳米酶活性、光热转换和生物相容性，是制备高性能纳米复合材料的理想基元。如何将MXene纳米片连续化组装成宏观高性能纳米复合材料，并深入探究其骨再生机制，是实现骨再生应用亟需解决的关键科学问题。

为了实现高性能二维纳米复合薄膜材料的连续化制备，该工作创新性地开发了卷对卷辅助刮涂结合有序界面交联的新策略。规模化制备有序交联的MXene（S-SBM）薄膜具有高拉伸强度（755 MPa）和韧性（17.4 MJ m-3）,强力学自支撑性有利于维持成骨所需空间。此外，该S-SBM薄膜具有高效清除ROS/RNS和促进巨噬细胞M2极化等成骨微环境调控作用。最终，相比商用引导骨再生膜（GBR），S-SBM薄膜具有更高的体内成骨效率（8周新生骨体积分数高达77.4%），在临床骨修复领域具有重要应用前景。

这项开创性研究成果对骨再生修复研究领域的发展具有里程碑的意义，其核心是发展了具有成骨微环境调控作用的高强度力学自支撑新型材料，解析了二维纳米复合材料引导骨再生的级联生物学过程，解决了实现安全、高效促进骨再生面临的瓶颈问题，不仅为新型临床骨再生材料的研发开辟了新方向，也为其他二维纳米材料的高性能规模化组装及应用研究提供了新思路。

该研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市科技新星计划等项目的资助。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08067-8