福州大学温翠莲、萨百晟《AFM》：兼具生物活性与光热抗菌性能的MXene/MBG纳米复合材料

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-01-21 07:57

正文

在生物医学工程领域，开发既能促进细胞增殖又具备抗菌性能的新型植入材料至关重要。介孔生物活性玻璃（MBG）因其独特的介孔结构和优异的生物活性而在骨组织工程中备受关注，但缺乏固有的抗菌特性限制了其广泛应用。为此，福州大学温翠莲、萨百晟教授团队提出了一种创新解决方案，通过液相剥离法和表面活性剂辅助改性溶胶-凝胶技术，将双过渡金属TiNbCT_xMXene与MBG纳米球相结合，开发出新型多功能TNC/MBG纳米复合材料。该研究中，TiNbCT_x MXene作为近红外（NIR）光热剂，赋予了复合材料显著的光热转换效率和稳定性。实验结果表明，TNC/MBG纳米复合材料的比表面积显著增加至444.74 m²/g，zeta电位更负（-17.4 mV），并能快速形成磷灰石层。此外，该复合材料在近红外光照射下对大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌抑制率超过95%，同时对MC3T3-E1细胞表现出良好的生物相容性和细胞增殖能力，这些特性使其在骨组织工程和抗菌应用中展现出巨大潜力。

该研究以题为“Enhanced Biological Behavior and Photothermal Antibacterial Performance of TiNbCT_xMXene Modiﬁed Mesoporous Bioactive Glass Nanocomposites”的论文发表在最新一期《Advanced Functional Materials》上。

图1. TiNbCT_x MXene的制备过程

如图1所示，TiNbAlC MAX经过原位HF蚀刻处理后，成功制备出尺寸均匀、边缘锋利的TiNbCT_x MXene薄片。XRD分析进一步证实了TiNbCT_x的合成。此外，丁达尔效应表明，TiNbCT_x纳米片在去离子水中分散均匀，展现出良好的亲水性。

图2. MBG及10TNC/MBG的形貌结构分析

如图2所示，MBG样品展示均匀尺寸的介孔结构球形形貌。TEM形貌表明TNC/MBG复合材料由MBG纳米球负载于半透明TiNbCT_x纳米片上。同时，TiNbCT_x MXene展现出规则的原子排列，显示了单晶及六方对称性，表明其保留了MAX相前体的六方晶体结构。

图3.MBG及不同TNC/MBG样品的结构表征

如图3所示，XRD分析表明MBG呈现非晶态特性，而TNC/MBG复合材料则清晰显示出TiNbCT_x MXene的特征峰，证实了MBG纳米球与TiNbCT_x纳米片的成功结合。此外，N₂吸附-脱附等温线实验表明所有样品均具有介孔结构。XPS光谱分析进一步揭示了TiNbCT_x MXene的成功掺入，以及Ti和Nb元素的价态和化学键合状态。

图4. MBG和不同TNC/MBG样品的细胞活性评估

如图4所示，细胞实验结果表明，MBG及不同TNC/MBG样品对MC3T3-E1细胞均无毒性，且适量的TiNbCT_x MXene可显著促进细胞活力和增殖。

图5.光热抗菌实验

如图5所示，近红外激光照射下，TNC/MBG复合材料展现出显著的抗菌效果，其中20TNC/MBG组对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率分别达到97.43%和95.82%。这些结果凸显了TNC/MBG复合材料在光热抗菌应用中的巨大潜力。

参考文献：

S. Yan, Q. Ma, C. Wen, L. Luo, J. Jin, X. Li, Y. Fang, B. Sa, Enhanced Biological Behavior and Photothermal Antibacterial Performance of TiNbCTx MXene Modified Mesoporous Bioactive Glass Nanocomposites. Adv. Funct. Mater. 2025, 2419993.

全文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202419993

来源：高分子科学前沿

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