牙槽骨及颅颌面骨缺损的大面积修复是一项重大临床挑战。尽管引导骨再生（GBR）膜已被广泛应用，但传统多组分GBR膜还存在单一功能、结构复杂和稳定性差的局限性，这在感染性病例中尤为突出。因此开发兼具成骨、抗菌功能，同时平衡生物相容性的多功能的GBR膜尤为重要。
近日，西北工业大学陈强教授团队在期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上，发表了最新研究成果“Polylactic acid-Ag@Sr composite membranes with balanced osteogenic and antibacterial properties for guided bone regeneration”。研究者通过一锅静电纺丝工艺，制备出自兼具成骨、抗菌、生物相容性的聚乳酸(PLA)/双功能核壳结构纳米颗粒(Ag@MSN@Sr)复合纤维膜。
该设计通过Ag-Sr “一箭双雕”的协同作用策略，实现感染性骨再生。其中核壳结构纳米颗粒中的“Ag核”通过持续释放Ag⁺发挥广谱抗菌作用，预防植入后感染；介孔中负载的Sr²⁺则通过激活Wnt/β-catenin通路促进成骨细胞增殖分化，并刺激胶原生成以协同增强骨形成。MSN壳层不仅精准调控双离子释放动力学，其Si-OH基团更可缓冲PLA降解酸性产物，营造骨修复有利微环境。
图1：PLA-Ag@Sr复合纳米纤维膜的设计思路。
通过系统的表征PLA-Ag@Sr复合膜的理化/力学性能及离子释放行为，结合体外细胞相容性、抗菌性和成骨活性评价，并采用大鼠颅骨感染模型与缺损模型进行体内验证。结果表明：PLA-Ag@Sr膜具有优异的生物相容性、力学强度、成骨能力和抗菌性能，展现出显著的GBR应用潜力。
图2：PLA-Ag@Sr复合纳米纤维膜的制造和形态。
通过“一石二鸟”的材料构建策略，采用溶胶-凝胶法制备了具有核壳结构的Ag/Sr共掺杂介孔二氧化硅纳米颗粒（Ag@MSN@Sr），通过静电纺丝技术制备PLA-Ag@Sr复合纳米纤维膜。如图2所示，PLA-Ag@Sr 的SEM图像显示纤维形貌均匀，掺杂颗粒在纤维上均匀负载，颗粒掺入后，PLA纤维直径从518 ± 160 nm显著减小至208±72 nm (PLA-Ag@Sr)。
图3：PLA-Ag@Sr复合纳米纤维膜的理化性能表征。
如图3c所示，PLA-Ag@Sr的水接触角为50.9 ± 3.5°，具有适中的亲水性，这利于细胞铺展。如图2d-e所示，PLA-Ag与PLA-Ag@Sr膜的应力-应变曲线分析表明：相较于纯PLA膜（弹性模量8.5±0.8 MPa），纳米颗粒的引入使PLA-Ag与PLA-Ag@Sr的模量分别提升27.1%（10.8±1.9 MPa）和56.5%（13.3±0.5 MPa），这归因于纳米粒的引入。PLA-Ag@Sr膜还展现出卓越的力学适应性—720°扭转后无破损（图3f）、4N拉力下拉长50%不断裂（图2g），甚至可承载500g重量（图3h）,满足临床GBR膜对力学性能的需求。离子释放研究（图3i-j）显示：PLA-Ag@Sr通过核壳结构（Ag@MSN@Sr）实现双离子协同控释——Ag⁺在植入后24小时内快速释放（预防早期细菌定植），而Sr²⁺持续释放21天（匹配骨愈合周期）。
图4：PLA-Ag@Sr复合纳米纤维膜的体外抗菌性能。
图5：PLA-Ag@Sr复合纳米纤维膜的体外生物相容性能
图6：PLA-Ag@Sr复合纳米纤维膜的体外成骨性能
图7：PLA-Ag@Sr复合纳米纤维膜的体内成骨性能
图8：PLA-Ag@Sr复合纳米纤维膜的体内生物相容性能
此外，体内外实验结果显示，制备的PLA-Ag@Sr复合膜展现出良好的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制率>99%。具有良好的体内外生物相容性能和促成骨性能，可以上调RUNX2、COLIα、OCN、OPG、OST等成骨标志物的表达，显著促进矿化结节形成。该研究为构建抗感染、促骨再生一体化的GBR平台提供了新策略，也为多功能静电纺丝薄膜的开发提供了新思路。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141813025057824
人物简介：
陈强，西北工业大学材料学院教授，博士生导师，国家级青年人才。曾获陕西省“杰青”、陕西省“青年科技新星”、西北工业大学“翱翔新星”等荣誉称号。研究方向包括仿生涂层材料、纳米药物递送材料、聚合物基功能涂层材料，具体涉及表面改性新方法、多尺度材料界面设计及合成、结构功能一体化以及改性材料服役可靠性评估等研究。以第一/通讯作者在材料领域主流期刊发表论文50余篇，授权/公开发明专利20余项。主持国家自然科学基金、军口国家级纵向项目等10项，其中牵头千万级重大项目2项，总经费逾5500万元。担任《Adv Compos Hybrid Mater》、《橡塑模具与装备》等期刊编委，《Biomaterials Translational》、《Advanced Manufacturing》、《飞机设计》等期刊青年编委。
