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  聚丙交酯（PLA）、聚乙交酯（PGA）及其共聚物聚丙交酯-乙交酯（PLGA）等脂肪族聚酯高分子材料，由于具有較好的生物相容性、降解性和力學性能，已被廣泛應用于骨、軟骨等硬組織的固定與修復，在美國已被FDA認證應用于臨床。但其作為組織工程修復材料應用時，其降解速率只能通過高分子基體的分子量、結晶度或者共聚物中如丙交酯（LA）與乙交酯（GA）的比例等來預先設定和調節，植入體內后尚無有效方法根據骨組織愈合情況進行實時調整。材料的降解速率若與骨生成速度不匹配，往往會導致慢性炎癥的發生，并在植入部位形成空洞，阻礙骨骼愈合速度并影響骨愈合質量。因此，迫切需要開發一種有效的方法來調控材料植入體內后的降解速率以匹配骨組織的愈合狀態，這將是促進未來材料醫學應用的一個重要技術。

  為實現植入體的可控降解，章培標研究員團隊通過將四氧化三鐵納米粒子引入可降解高分子材料制備磁性復合支架，利用磁性納米粒子的磁熱效應和可降解聚酯材料降解行為的溫度依賴性建立了組織工程支架的磁控降解模型，并探索其在交變磁場（AMF）下的降解行為。

圖1. 材料制備、磁控降解模型、實現機制及潛在應用。

  體外降解實驗表明磁性復合材料在交變磁場下保持較高溫度，同時其降解速率也明顯加快，其中與疏水高分子基質具有較好界面相容性的油酸修飾的四氧化三鐵納米粒子在相同交變磁場下加速支架降解的效果更為顯著。

圖2. a) 支架和緩沖液在交變磁場中的溫度變化；b) 支架在降解過程中質量損失的變化；c) 支架在0周和降解12周時的Micro-CT掃描軸向圖。

  該團隊進一步采用粗粒化的分子動力學模擬研究了高頻震動的納米粒子其性質（尺寸、表面修飾等）對高分子基體升溫效率的影響。結果表明具有接枝鏈的小粒子在受到交變力作用時對體系的升溫效果更加明顯，這可能是因為磁性納米粒子與聚合物基質之間的運動相關性增強可加速能量傳遞。磁性納米材料的引入，彌補了高分子可降解組織工程支架體內降解行為不可調控的難題，分子動力學模擬則進一步提供了納米材料的優化策略以獲得更高的加熱效率。磁控降解有望成為一種人為調控植入物降解行為的新策略，可設計出一種具有非侵入性和時空治療優勢的便攜可穿戴設備，以實現臨床的精準治療和個體化治療。

圖3. a) 粗粒化分子動力學模型示意圖；b) PLGA基底溫度隨模擬時間的變化。

  以上相關成果發表在Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2021, DOI:10.1002/adfm.202009661）上。論文的第一作者為長春應用化學研究所應用化學專業博士生郝莉莉，通訊作者為章培標研究員，共同通訊作者為長春應用化學研究所郭敏博士。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202009661