生物活性玻璃-二氧化錳復合支架的制備與表征

施吉翔,翟 東,朱 敏,朱鈺方

(1.上海理工大學 材料科學與工程學院,上海 200093;2.中國科學院 上海硅酸鹽研究所,上海 200050)

盡管骨組織工程支架在過去幾十年已取得了巨大的進步,但是很多支架材料仍無法滿足臨床要求。一方面,骨修復支架在植入缺損處后出現(xiàn)的炎癥與氧化應激有關,而過氧化氫(H2O2)濃度過高是引起氧化應激的主要原因之一。另一方面,骨缺損處因供血不足而導致的供氧不足,嚴重影響了細胞生理活動、新血管形成和組織的生長[1-3]。而充足的氧氣對改善細胞黏附、生長和分化至關重要[3]。在缺氧條件下,細胞會將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸,導致細胞凋亡[4]。目前,無機過氧化物因能與水(H2O)反應生成氧氣(O2)而作為釋氧生物材料被用于氧氣輸送的研究,如過氧化鈣、過碳酸鈉和過氧化鎂等[1]。Touri 等[5]在雙相磷酸鈣支架外包覆不同濃度的過氧化鈣涂層,研究發(fā)現(xiàn)3%過氧化鈣涂層支架在低氧條件下能提高骨細胞的生存和增殖能力。Lü 等[6]通過實驗證明了混合20%過氧化鈣的角蛋白/絲素蛋白支架能夠在體外兩周內(nèi)穩(wěn)定釋放高水平氧,同時還具有抗菌功能。然而,過氧化鈣在與水反應生成氧氣的同時還產(chǎn)生了有毒的羥基自由基(·OH)而引起氧化應激[7]。因此,有必要尋找既有H2O2清除能力又有釋放氧氣功能且無毒副作用的生物材料用于骨修復材料復合。

通常,H2O2濃度過高是導致病灶部位炎癥的主要因素之一。二氧化錳(MnO2)是一種優(yōu)良的催化劑,可以催化分解H2O2產(chǎn)生氧氣。將MnO2引入炎癥部位可以清除過量H2O2并產(chǎn)生O2,有效改善炎癥環(huán)境。目前已有研究表明,含有MnO2的納米顆粒在癌癥治療、骨關節(jié)炎癥、動脈粥樣硬化等疾病的治療方面展現(xiàn)出較大潛力[8-11]。因此,將MnO2引入骨修復支架,不僅可以通過催化分解骨缺損處過量H2O2而改善炎癥狀況,而且產(chǎn)生的氧氣可以緩解骨缺損處供氧不足,從而提高細胞活力并促進骨修復。

生物活性玻璃(BG)具有良好的生物活性、優(yōu)異的生物相容性、可降解性等特點[12-13]。與生物惰性材料不同,BG 植入物能與生物組織發(fā)生反應,在材料表面形成生物活性羥基磷灰石層,使骨骼組織與植入物間形成牢固的結合界面[14-15]。3D 打印技術具有精確控制結構的優(yōu)勢,近年來在骨組織工程支架制備領域得到廣泛應用[16-17]。尤其是直接墨水書寫打印,作為一種成熟的3D 打印技術,具有加工靈活、效率高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點[18-19]。Wu等[20]將介孔生物活性玻璃(MBG)和黏結劑聚乙烯醇(PVA)通過擠出式3D 打印構建骨組織工程支架,具有高度可控的孔結構。Li 等[21]通過3D 打印并燒結得到的80SiO2-15CaO-5P2O5生物玻璃支架達到人骨小梁的平均抗壓強度(2～12 MPa),生物相容性良好,能促進骨細胞增殖與分化。因此,利用3D 打印技術制備 BG 支架并表面沉積 MnO2得到的BG-MnO2(BGM)復合支架,不僅具有可控的多孔結構和良好的生物活性,而且有望催化分解骨缺損處的H2O2而產(chǎn)生O2,有利于骨缺損修復。

已有研究報道在材料表面沉積MnO2的方法有水熱法[22-23]、共沉積法[24]、自生成法[25-26]、氧化還原法[27-29]等。其中,氧化還原法操作簡單,所使用的還原劑種類繁多且經(jīng)濟、高效(如PAH、MES、油酸等)、且沉積可控。Chen 等[30]采用氧化還原法在α-NaYbF4: Tm@CaF2納米顆粒溶液中添加MES 緩沖液和KMnO4溶液,在α-NaYbF4: Tm@CaF2顆粒表面均勻生長MnO2納米片,制備成復合納米顆粒并成功用于生物成像和生物檢測。Wang 等[31]在PtCo 納米粒子溶液中添加 MES 緩沖液,溶液能夠制備具有高催化活性的單分散球形MnO2@PtCo 花狀結構,其在正常和缺氧環(huán)境中對正常NIH 3T3 細胞幾乎沒有細胞毒性。因此,氧化還原法有望實現(xiàn)MnO2在BG 支架表面的可控沉積而制備得到BGM復合支架。

基于上述研究進展,本研究提出在3D 打印的BG支架表面,采用簡單的氧化還原法可控沉積MnO2制備BGM 復合支架,研究了MnO2含量對BGM 支架結構、理化性能以及催化分解H2O2生成O2的影響,初步探究了BGM 支架的體外生物學性能。

1 實驗方法

1.1 實驗材料

正硅酸四乙酯(TEOS,98%)、磷酸三乙酯(TEP,99.8%)、四水合硝酸鈣(Ca(NO3)2·4H2O,99%)、濃鹽酸(HCl,37%)、嗎啉乙磺酸(MES)、高錳酸鉀(KMnO4)、過氧化氫(H2O2,30%)均購于國藥集團化學試劑有限公司。聚乙烯醇(PVA,分子量 : 146000～186000,＞99%)購于Sigma-Aldrich。

1.2 BGM 支架的制備

采用溶膠-凝膠方法[32]制備用于3D 打印BG 支架的BG 粉體,配制打印漿料前,用行星球磨機球磨BG 粉體8 h,然后經(jīng)400 目(38 μm)篩子過篩后備用。3D 打印BG 支架的粘結劑為10% PVA 溶液,即將PVA (5 g)加入去離子水(45 g)后加熱至95 ℃并持續(xù)攪拌6 h 得到。BG 支架制備過程如下: 首先將10% PVA 溶液與BG 粉末以1 : 1 的重量比進行充分混合,形成均勻的糊狀漿料;接著將漿料轉(zhuǎn)移到打印料倉中并固定在3-D BioplotterTM(EnvisionTEC GmbH,Germany)打印機上;然后打印機通過導入的模型控制打印頭擠出一排排桿狀纖維并組成柵格狀的φ=10 mm 圓形二維平面,相鄰平面的纖維以60°夾角排列,層層堆疊形成3D 多孔素坯支架,其中注射泵的氣體壓力為250～350 kPa,打印速度為4～6 mm/s,針頭尺寸為400 μm;最后干燥的素坯支架在管式爐中升溫至300 ℃ (1 ℃/min)并保溫2 h,再將溫度升高至1050 ℃ (3 ℃/min)并保溫3 h 得到BG 支架。

BGM 支架的制備: 據(jù)文獻[33-34]方法用去離子水配制pH 6的MES緩沖溶液(4-Morpholineethanesulfonic acid hydrate,0.1 mol/L)和KMnO4溶液(0.01 mol/L)。將BG 支架放入MES 緩沖液超聲10 min,支架質(zhì)量與MES 體積比例為25 mg : 1 mL;然后每10 mL MES 溶液中分別加入1、5、9 mL 的KMnO4溶液,繼續(xù)超聲30 min;最后取出支架用去離子水沖洗三次,60 ℃烘箱中干燥24 h,得到BGM 支架。依據(jù)添加的KMnO4量依次命名為BGM1、BGM5 和BGM9支架。

1.3 BGM 支架的理化性能表征

采用場發(fā)射電子掃描顯微鏡(Scanning electron microscope,SEM,FEI Quanta 450,America)觀察BGM 支架的表面形貌與微結構,同時采用能譜儀(Energy disperse spectroscopy,EDS)分析BGM 支架的表面元素組成及含量。將支架研磨成粉末后用X 射線粉末衍射儀(XRD,Bruker D8 Advance,America)測定其廣角X射線衍射圖譜,2θ掃描范圍為10°～80°,掃描速率為7 (°)/min。

以去離子水為介質(zhì),采用阿基米德原理測定支架的孔隙率?？紫堵?P)根據(jù)以下公式計算:

P=(Wsat-Wdry)/(Wsat-Wsus)×100%,

其中,Wdry是支架的干重,Wsus是支架懸浮在水中的重量,Wsat是支架浸沒在去離子水中的重量。

通過萬能材料試驗機(2.5 kN,Zwick-Roell,Germany)以5 mm/min 的位移速度測定支架的抗壓強度。每組BGM 支架的平行樣本為3 個。

支架體外礦化: 將支架與模擬體液(Simulated body fluid,SBF)以200 mL/g 的比例靜置于離心管中,到預定時間后輕輕取出支架,用去離子水清洗表面后烘干備用。將支架用研缽研碎,取少量粉末與KBr 粉末混合壓片,采用傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR,PerkinElmer SPECTRUM 100,Germany)測定礦化前后支架的FT-IR 譜圖,譜圖掃描范圍為2000～450 cm-1。

支架體外降解性能: 將支架浸泡在37 ℃的Tris-HCl 緩沖溶液中,經(jīng)過1、2、3、5、7、14、21、28 d 后,取出、洗滌、烘干后稱量支架的剩余重量,其中Tris-HCl緩沖液體積與支架質(zhì)量的比例為200 mL/g,并且在每次稱重后重新加入相應比例的Tris-HCl 緩沖液。另外,將支架置于37 ℃的新鮮SBF 中測試支架所在溶液持續(xù)14 d 的pH 變化,其中SBF 體積與支架質(zhì)量的比例為200 mL/g。

1.4 BGM 支架催化過氧化氫產(chǎn)生氧氣

通過便攜式溶解氧測定儀(JPB-607A)測試溶液的飽和氧濃度。為了測定BGM 支架對H2O2的催化產(chǎn)氧能力,首先將測試氧電極探針插入配制的H2O2溶液中以實時記錄溶液的氧濃度。待數(shù)值穩(wěn)定后,將支架放入待測濃度的H2O2溶液中,通過測定儀上的數(shù)值實時記錄溶解氧濃度隨時間變化的情況。分別測試BGM 支架在不同濃度H2O2溶液中的飽和氧濃度變化。每組測試進行三組平行試驗,其中H2O2溶液與支架的比例為200 mL/g。

1.5 細胞實驗

采用兔源骨髓間充質(zhì)干細胞(rBMSCs)進行體外細胞實驗。細胞采用DMEM 培養(yǎng)基培養(yǎng),其中DMEM 培養(yǎng)基含有10%牛胎血清(FBS),4.5 g/L 的葡萄糖(Gibco,Carlsbad,CA)和抗生素(青霉素,100 U/mL;鏈霉素,0.1 mg/mL)。將滅菌鍋滅菌(121 ℃,30 min)的BG 和BGM 支架置于24 孔板內(nèi),然后向每個支架滴加200 μL 含1×105rBMSCs 的細胞懸液,30 min 后加入培養(yǎng)基沒過支架,并在37 ℃、5% CO2的氣氛培養(yǎng)箱內(nèi)孵育。

通過 CCK-8(Cell counting Kit-8) 方法評估rBMSCs 在支架上的增殖情況。各組支架接種rBMSCs后分別培養(yǎng)1、3 和7 d,向各孔中加入360 μL 的培養(yǎng)基和40 μL 的CCK-8 溶液,繼續(xù)在37 ℃、5% CO2氣氛培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4 h。然后在每個孔中取出100 μL溶液轉(zhuǎn)移到新的96 孔板中,并使用酶標儀(BioRad 680,USA)測試450 nm 處的OD 值,用以定量表征細胞增殖情況。

通過測試堿性磷酸酶活性(Alkaline Phosphatase,ALP)的表達來分析各組支架上的細胞初期成骨分化狀況。將接種rBMSCs 的支架培養(yǎng)3 和7 d 后,使用PBS 和Tris-HCl 緩沖液清洗三次。接著,使用200 μL的0.2%聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)溶液溶解細胞,超聲分散后在4 ℃下14000 r/min 離心。然后,取50 μL 上層清液與150 μL 標準試劑混合,在酶標儀405 nm 處讀取OD 值。同時,按檢測試劑盒說明,作蛋白定量檢測,最后堿性磷酸酶活性以OD (min·(mg protein)-1)表示。

2 結果與討論

2.1 BGM 支架結構表征

圖1(A)為BG 和BGM 支架的光學照片。由圖可見,BG 支架為白色,而隨著制備過程中KMnO4的添加量增加,BGM 支架表面顏色呈現(xiàn)由淺黃色到深棕色的變化,且表面顏色較為均勻。這說明通過改變制備過程中KMnO4的加入量,可以調(diào)控BGM支架表面沉積MnO2的量。圖1(B)為BG 和BGM 支架的廣角XRD 圖譜。根據(jù)圖譜可知,經(jīng)燒結的BG支架只在2θ=20°～30°存在寬化的饅頭峰,并且沒有其他明顯的衍射峰。而BGM1、BGM5、BGM9 支架在2θ=18.06°處存在衍射峰,對應MnO2的特征峰(PDF-#72-1982)。另外,隨著支架表面MnO2含量的增加,2θ=18.06°處衍射峰變得更為明顯,而 2θ=20°～30°處的饅頭峰有所下降。由此表明BG 支架表面成功沉積了不同含量的MnO2。

圖1 (A)BG 和BGM 支架的光學照片及(B)XRD 圖譜Fig.1 (A) Optical picture and (B) XRD patterns of BG and BGM scaffolds

圖2為BG 和BGM 支架的SEM 照片及相應的表面EDS 譜圖。由圖可以看出,BG 支架在沉積MnO2前后的宏觀結構沒有變化,都呈現(xiàn)有序排列且三維連通的多孔結構,表明氧化還原法沉積MnO2不會破壞支架的宏觀結構。另一方面,隨著沉積過程中KMnO4的添加量增加,支架表面沉積的細小MnO2顆粒從無到有,且逐漸增加。由EDS 能譜分析可知,BG 支架表面沒有Mn 元素,而BGM 支架表面則探測到明顯的Mn 元素;BGM1、BGM5 和BGM9 支架表面的Mn 元素在支架表面的重量占比分別為0.41%、0.94%和1.18%。以上結果也表明通過氧化還原法可成功將MnO2沉積在BG 支架表面,并且可以通過沉積過程中KMnO4含量控制而調(diào)控MnO2的沉積量。

圖2 BG 和BGM 支架的(A1,A2,B1,B2,C1,C2,D1,D2) SEM 照片和相應的(A3,B3,C3,D3)EDS 圖譜Fig.2 (A1,A2,B1,B2,C1,C2,D1,D2) SEM images and corresponding (A3,B3,C3,D3) EDS spectra of BG and BGM scaffolds(A1,A2,A3) BG scaffold;(B1,B2,B3) BGM1 scaffold;(C1,C2,C3) BGM5 scaffold;(D1,D2,D3) BGM9 scaffold

2.2 BGM 支架的孔隙率和機械強度

通過阿基米德方法測試計算得到的BG 和BGM支架的孔隙率如圖3(A)所示。BG、BGM1、BGM5和 BGM9 支架的孔隙率分別為(78.28±0.38)%、(76.81±1.15)%、(78.12±0.67)%和(77.53±0.97)%。各組支架之間的孔隙率沒有明顯的差異,說明BG 支架表面沉積的MnO2顆粒沒有對支架的連通性和大孔結構造成影響。

BG 和BGM 支架的抗壓強度如圖3(B)所示?？梢钥闯?隨著支架表面沉積MnO2含量的增加,支架的抗壓強度呈上升趨勢。BG、BGM1、BGM5和BGM9支架的抗壓強度分別為(2.21±0.15)、(2.61±0.32)、(3.09±0.13)和(3.45±0.39) MPa。從力學強度考慮,BGM 支架均在2 MPa 以上,滿足人體松質(zhì)骨的最低抗壓強度要求[35]。這里BGM 支架可能因MnO2細小顆粒能夠沉積在支架表面的細小孔隙中而改善支架的抗壓強度。Azizi 等[36]研究發(fā)現(xiàn)沉積MnO2的羥基磷灰石復合支架也同樣獲得了比純羥基磷灰石支架更高的抗壓強度

圖3 BG 和BGM 支架的(A)孔隙率和(B)抗壓強度Fig.3 (A) Porosities and (B) compressive strengths of BG and BGM scaffolds (* p＜ 0.05,** p＜ 0.01)

2.3 BGM 支架的礦化、降解及pH 變化

圖4(A)是BG 和BGM 支架浸泡SBF 前的FT-IR譜圖。由圖可知,在1104、801 和472 cm-1處出現(xiàn)Si-O官能團引起的振動峰,并且在960、604 和575 cm-1處出現(xiàn)了典型PO43-官能團引起的特征振動峰[21]。圖4(B)是BG 和BGM 支架在SBF 中浸泡5 d 后的FT-IR 譜圖。相較于浸泡SBF 前的BG 和BGM 支架,各組支架在SBF 浸泡5 d 后的特征振動峰均有所增強,而且其振動峰的增強隨支架表面MnO2含量的增加而更加顯著,說明MnO2沉積有利于支架表面的磷酸鹽物質(zhì)生成。這可能是因為支架表面沉積的MnO2顆粒可以成為羥基磷灰石成核位點,有利于羥基磷灰石生成。因此,BGM支架具有生物活性。

圖4 BG 和BGM 支架(A)浸泡SBF 前和(B)浸泡SBF 5 d 后的FT-IR 譜圖Fig.4 FT-IR spectra of BG and BGM scaffolds (A) before and (B) after soaking in SBF for 5 d

圖5(A)是BG 和BGM 支架在Tris-HCl 溶液中浸泡28 d 的降解曲線。由圖可知,各組支架的降解速率接近,經(jīng)過Tris-HCl 溶液浸泡28 d,各組支架質(zhì)量都約減15%。這說明BGM 支架表面的MnO2對支架降解的影響較小。圖5(B)為BG 和BGM 支架在SBF 中浸泡14 d 的pH 變化曲線。由圖可見,前三天各組支架浸泡后的溶液pH 呈上升趨勢,之后其pH 變化不大。這可能是由于前期支架中的Ca、P、Si 離子釋放使溶液pH 有一定程度上升,而之后支架表面沉積羥基磷灰石使得溶液中離子交換變緩,pH 變得相對穩(wěn)定。另一方面,浸泡BG、BGM1、BGM5 和BGM9 支架的SBF 在第三天的pH 分別為(7.54±0.01)、(7.53±0.02)、(7.55±0.02)和(7.56±0.02),說明MnO2作為一種兩性氧化物對支架在SBF 中的pH 影響不大。當支架周圍環(huán)境的pH 與人體體液接近或呈弱堿性時,有利于新生骨生長,并且穩(wěn)定的pH 環(huán)境也是成骨細胞黏附增殖的關鍵。

圖5 (A)BG 和BGM 支架在Tris-HCl 中浸泡28 d 的降解曲線及(B)BG 和BGM 支架在SBF 中浸泡14 d 的pH 變化曲線Fig.5 (A) Degradation curves of BG and BGM scaffolds in Tris-HCl for 28 d,and (B) pH change curves of SBF after BG and BGM scaffolds soaking for 14 d

2.4 BGM 支架催化H2O2 產(chǎn)生氧氣

MnO2通過催化分解H2O2可以在溶液中產(chǎn)生一定濃度的飽和氧。圖6(A)是BGM9 支架在不同濃度H2O2溶液中產(chǎn)生的飽和氧濃度曲線,從圖中可以看出,隨著H2O2濃度增加,溶液中的飽和氧濃度逐漸升高,在20 mmol/L 的H2O2溶液中,BGM9 支架使其飽和氧濃度最高時達到平均 25.37 mg/L,遠遠高于不含H2O2的去離子水溶液中所測得的飽和氧濃度6.53 mg/L。Hsieh等[37]研究發(fā)現(xiàn)PLGA/CaO2/MnO2復合納米顆粒能夠使溶液中的飽和氧濃度達到10～12 mg/L,并且有效緩解低氧張力下細胞生長的缺氧狀態(tài),促進其成骨分化。一般情況下人體內(nèi)的H2O2濃度在1～8 μmol/L,而巨噬細胞活化后可產(chǎn)生局部高濃度的H2O2(0.01～1 mmol/L)[38-39]。此外,在炎癥性疾病中的H2O2濃度可能達到20 mmol/L,這取決于炎癥環(huán)境中的中性粒細胞[40]。許多H2O2響應材料在H2O2濃度為0.02～5 mmol/L 的模擬炎癥環(huán)境中進行相關測試[41-43]。本研究中BGM9 支架能夠使含H2O2的模擬炎癥環(huán)境(2 mmol/L) 中的飽和氧濃度達到(11.00±0.36) mg/L,這有緩解細胞缺氧環(huán)境的效果,有利于細胞的增殖與分化。本實驗對BGM 支架在H2O2(2 mmol/L)溶液中的重復循環(huán)催化釋放氧氣能力進行了評估。圖6(B)是BGM 支架在含有H2O2(2 mmol/L)溶液中重復循環(huán)三次的溶解氧變化曲線。由圖可知,BGM1、BGM5、BGM9 支架分別使溶液的飽和氧濃度達到(6.93±0.12)、(8.40±0.26)和(11.00±0.20) mg/L。除了BGM1 支架處理的溶液中飽和氧濃度很快下降到初始溶液的飽和氧濃度外,BGM5 和BGM9 支架處理的溶液中飽和氧濃度分別在13 和16 min 左右才開始逐漸下降,表明支架具有持續(xù)催化釋放氧氣的能力。另外,將試驗的支架取出后再次放入到相同濃度的H2O2溶液,其處理溶液中的飽和氧濃度只有略微下降,說明BGM 支架表面的MnO2與支架產(chǎn)生較強的結合力,并且表面沉積的MnO2沒有在催化過程中被產(chǎn)生的O2破壞。因此,BGM 支架在模擬人體炎癥環(huán)境中具有持續(xù)的催化分解H2O2產(chǎn)生氧氣的能力。

圖6 (A)BGM9 支架在不同濃度H2O2 溶液中的溶解氧水平和(B)BGM 支架在 2 mmol/L H2O2溶液中溶解氧變化曲線(連續(xù)循環(huán)測試3 次)Fig.6 (A) Dissolved oxygen levels in different concentrations of H2O2 solution after immersing BGM9 scaffolds,and (B) dissolved oxygen change curves in 2 mmol/L H2O2 solutions after immersing BGM scaffolds (cycle test for 3 times)

2.5 BGM 支架的細胞實驗

圖7(A)是CCK-8 法檢測rBMSCs 在BG 和BGM支架上培養(yǎng)1、3 和7 d 的細胞增殖狀況,可以看到,隨著細胞培養(yǎng)時間延長,BG 和BGM 支架上的細胞明顯增殖。另一方面,當細胞在各組支架上培養(yǎng)3和7 d 后,BGM1 和BGM5 支架上細胞增長率顯著高于BG 支架,而BGM9 支架組則顯示出與BG 支架組相近的細胞增長率,表明BGM1 和BGM5 支架能夠促進rBMSCs 增殖。細胞在BGM 支架上的增殖一方面取決于支架釋放的具有生物活性的Si、Ca離子和支架周圍穩(wěn)定的pH 環(huán)境[44-45]。另一方面,BGM支架表面釋放適量的Mn離子也能促進成骨細胞的黏附與增殖[46]。

圖7 (A)rBMSCs 細胞在BG 和BGM 支架上的增殖和(B)ALP 活性Fig.7 (A) Proliferation and (B) ALP activity of rBMSCs on BG and BGM scaffolds

通過分析細胞在BG 和BGM 支架上的ALP 活性情況,進一步評估了rBMSCs 在BG 和BGM 支架上的初期成骨分化能力。圖7(B)是rBMSCs 在BG和BGM 支架上培養(yǎng)3 和7 d 的ALP 活性表達水平。隨著細胞培養(yǎng)時間延長,BG 和BGM 支架組的ALP活性都隨之增大。當細胞在各組支架上培養(yǎng)3 d 時,BGM1 和BGM5 支架組的ALP 活性明顯高于BG支架組,而BGM9 支架組的ALP 活性接近BG 支架組。當細胞在各組支架上培養(yǎng)7 d 時,BGM5 和BGM9 支架組的ALP 活性明顯高于BG 支架組。這說明BGM5 支架對rBMSCs 有較好的成骨分化促進作用。

3 結論

本研究采用簡單的氧化還原法在3D 打印制備的BG 支架表面沉積MnO2納米顆粒,得到了BGM復合支架。通過調(diào)節(jié)KMnO4溶液濃度可以調(diào)控BGM 支架表面MnO2的沉積量。BGM 支架具有規(guī)則的連通多孔結構,且不同MnO2量的BGM 支架具有相近的孔隙率和降解速率。隨著沉積MnO2量的增加,BGM 支架的抗壓強度也明顯增加。更為重要的是,BGM 支架能夠催化分解 H2O2產(chǎn)生氧氣,BGM5 和BGM9 支架在2 mmol/L H2O2溶液中持續(xù)產(chǎn)生氧氣,飽和氧濃度分別達到8.4 和11 mg/L。細胞實驗結果表明BGM 支架對細胞增殖和成骨分化具有促進作用。因此,BGM 支架具有消除骨缺損處過量H2O2并緩解缺氧狀態(tài)的功能,在骨缺損修復領域具有較大的應用潛力。