生物电信号在骨的重建和自我修复过程中发挥了至关重要的作用。骨组织在受损后由于自身的压电和挠电性质会在局部产生强烈的极化，这一极化过程使骨组织一部分为负电势而另一部分为正电势，研究发现，新生的骨组织倾向于沉积在负极化骨组织的表面。因此，通过调节细胞外基质的电环境，例如施加外加电场或改变植入体的表面电势，都被认为并证实能够促进骨整合过程。在金属表面，由于不同相之间的电子云结构差异产生的伏特电势差被猜测能模拟这种电信号，刺激植入物周围的组织，诱导干细胞的行为。本文通过电火花烧结的方式烧结了钛钽的金属体复合材料，实现了在金属表面上的微观电势差的构建。通过对该电势差的测量发现，在长度为1.5 mm的距离上产生了180 mV的电势差，相应的电势差为120 mV/mm,该电势差与体内生物电幅值接近。我们的结果表明，这一电势差促进了骨髓间充质干细胞的增殖与成骨分化。因此，这一研究结果能够为合理设计骨植入物生物材料表面的相组成提供一个新的设计准则，即通过设计相组成实现理想的生物体植入物电环境，从而促进组织的快速修复。该成果已在Materials Science and Engineering: C 上发表。
[1] S.-T. Chen, Y. Li, S.-Y. He, P. Zhou, J. Lu, N. Gu, Microscopic Volta potential difference on metallic surface promotes the osteogenic differentiation and proliferation of human mesenchymal stem cells, Mater. Sci. Eng. C. 128 (2021) 112325. https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112325.
研究进展