天津医科大学口腔医院韩建民教授团队创新涂层破解镁基植入体难题

天津医科大学口腔医院韩建民教授团队创新涂层破解镁基植入体难题

近日，天津市口腔医院韩建民教授团队联合北京航空航天大学郭林教授、陈科教授团队，在材料科学领域顶级期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials，中科院1区 Top，5Y-IF：19.4）上发表了题为《体内自生长矿物涂层赋予镁生物金属持久保护以实现骨再生》（In Vivo Self-Growing Mineral Coating Enables Durable Protection on Mg Biometals for Bone Regeneration）的研究论文。该研究提出了一种革命性的“体内自生长矿物涂层”策略，成功解决可降解镁金属植入体因快速腐蚀导致的结构完整性丧失和成骨活性下降问题，为骨缺损修复和口腔种植领域带来了突破性进展。



镁金属被誉为“革命性的骨再生生物金属”，因其优异的生物相容性、类骨力学性能和可降解特性备受瞩目，在骨科和口腔种植应用中前景广阔。然而，其在生理体液中的快速降解会损害植入体结构完整性，导致过早失效，并伴随氢气爆发释放和局部碱化，严重威胁植入物-组织界面的稳定性和成骨过程。传统有机/无机保护涂层易因手术机械损伤或体液长期侵蚀而失效，难以在整个骨愈合关键期（3~6个月）提供持久保护。

韩建民/郭林教授课题组受成釉细胞分泌生长因子引导体液中的钙磷离子形成致密釉质层这一生物矿化过程的启发，提出了颠覆性的解决方案：利用生物体液成分动态“自生长”矿物涂层，而非被动抵抗腐蚀。



图1 仿生体内自生长矿物涂层策略示意图

研究团队在镁金属表面构建了一个独特的双层系统：内层（MgF2层 - “生长因子库”）：通过微弧氟化（MAF）技术形成，可持续释放微量氟离子（F⁻），模拟牙釉质形成中的“生长因子”作用。外层（FAP晶体网络层 - “模板”）：表面平行排列的氟磷灰石（FAP）晶体网络层，作为引导新矿物沉积的模板。该策略将腐蚀性的生物体液视为宝贵资源。内层释放的F⁻与外层FAP晶体网络协同作用，催化体液中的Ca²⁺和PO₄³⁻离子原位转化为新的、结构良好的FAP矿物。这一过程被称为“氟辅助FAP模板介导的生物矿化”。



图2 Mg 表面 MAF 层和 FAP-P/MAF 层的表征



图3 Mg以及 MAF 和 FAP-P/MAF 涂层Mg的力学性能和抗腐蚀性能

通过体外模拟体液浸泡和大鼠皮下/颅骨缺损体内植入模型的系统验证，该自生长涂层显著抑制镁基体腐蚀，在体内维持结构完整性超过两个月，远优于传统涂层（如单纯MgF2层），展现出持久抗腐蚀效果。同时，通过促进成骨细胞粘附、分化和内源性矿化，显著增强骨整合。在大鼠颅骨缺损模型中，该涂层覆盖的植入体周围新骨形成速度更快、骨量更多、骨矿化密度更高，并与植入体形成紧密结合。



图4 双层涂层的体外自生长过程


图5 涂层在体内的自生长过程和抗腐蚀性能



图6 双层涂层的体内成骨性能

该研究首次提出并实现了利用体内腐蚀性体液作为资源，动态原位构建长效抗腐蚀涂层的策略，开辟了新的路径。同时为镁基植入体临床转化面临的快速降解和成骨活性不足问题提供了高效、可靠的解决方案。其“自生长、自修复、自适应性”理念，为开发新一代长效生物活性植入体涂层树立了标杆，标志着该领域进入新时代。该技术在解决口腔种植领域的骨整合挑战、提升种植体长期成功率方面具有直接且巨大的应用潜力。

近十年来，韩建民教授团队深耕口腔生物材料领域，主持国家重点研发计划、工信部生物医用材料创新任务揭榜挂帅项目等国家级课题5项，牵头制定医药行业标准20余项。团队研发的新型种植体系荣获天津市科技进步一等奖，并在可降解镁金属涂层技术领域取得系列前期突破，为本研究奠定了坚实基础。目前，团队正积极推动该自生长涂层技术的临床转化，以解决口腔种植体骨整合难题。



韩建民，主任医师，教授，博导，天津医科大学口腔医(学)院院长、国家重点研发计划首席科学家，国家高层次人才特殊支持计划获得者，一直从事口腔材料器械的研究开发和评价工作，迄今以第一或通讯作者在口腔医学领域国内、外期刊上发表论文六十余篇，主持或参与制定二十多项我国医药行业标准，作为项目负责人承担国家重点研发计划、工信部生物医用材料创新任务揭榜挂帅项目等国家级项目5项，主持或参与多个省部级课题，申请发明专利20余项，授权15项，转化5项，以第一完成人获天津市科技进步一等奖等，兼任国家药监局医用增材制造技术医疗器械标准化技术归口单位副组长、天津市口腔医学会副会长等。