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，由于具有较好的生物相容性、降解性和力学性能，已被广泛应用于骨、软骨等硬组织的固定与修复，在美国已被FDA认证应用于临床。但其作为组织工程修复材料应用时，其降解速率只能通过高分子基体的分子量、结晶度或者共聚物中如丙交酯（LA）与乙交酯（GA）的比例等来预先设定和调节，植入体内后尚无有效方法根据骨组织愈合情况进行实时调整。材料的降解速率若与骨生成速度不匹配，往往会导致慢性炎症的发生，并在植入部位形成空洞，阻碍骨骼愈合速度并影响骨愈合质量。因此，迫切需要开发一种有效的方法来调控材料植入体内后的降解速率以匹配骨组织的愈合状态，这将是促进未来材料医学应用的一个重要技术。

  为实现植入体的可控降解，章培标研究员团队通过将四氧化三铁纳米粒子引入可降解高分子材料制备磁性复合支架，利用磁性纳米粒子的磁热效应和可降解聚酯材料降解行为的温度依赖性建立了组织工程支架的磁控降解模型，并探索其在交变磁场（AMF）下的降解行为。

图1. 材料制备、磁控降解模型、实现机制及潜在应用。

  体外降解实验表明磁性复合材料在交变磁场下保持较高温度，同时其降解速率也明显加快，其中与疏水高分子基质具有较好界面相容性的油酸修饰的四氧化三铁纳米粒子在相同交变磁场下加速支架降解的效果更为显著。

图2. a) 支架和缓冲液在交变磁场中的温度变化；b) 支架在降解过程中质量损失的变化；c) 支架在0周和降解12周时的Micro-CT扫描轴向图。

  该团队进一步采用粗粒化的分子动力学模拟研究了高频震动的纳米粒子其性质（尺寸、表面修饰等）对高分子基体升温效率的影响。结果表明具有接枝链的小粒子在受到交变力作用时对体系的升温效果更加明显，这可能是因为磁性纳米粒子与聚合物基质之间的运动相关性增强可加速能量传递。磁性纳米材料的引入，弥补了高分子可降解组织工程支架体内降解行为不可调控的难题，分子动力学模拟则进一步提供了纳米材料的优化策略以获得更高的加热效率。磁控降解有望成为一种人为调控植入物降解行为的新策略，可设计出一种具有非侵入性和时空治疗优势的便携可穿戴设备，以实现临床的精准治疗和个体化治疗。

图3. a) 粗粒化分子动力学模型示意图；b) PLGA基底温度随模拟时间的变化。

  以上相关成果发表在Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2021, DOI:10.1002/adfm.202009661）上。论文的第一作者为长春应用化学研究所应用化学专业博士生郝莉莉，通讯作者为章培标研究员，共同通讯作者为长春应用化学研究所郭敏博士。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202009661