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2024年10月31日，国际权威杂志《自然》（Nature）杂志报道了北京大学口腔医学院邓旭亮教授课题组和北京航空航天大学化学学院程群峰教授课题组在二维纳米复合材料连续化制备及骨再生应用研究领域取得的最新进展 “连续化制备的高强度碳化钛薄膜用于高效促成骨（Scalable ultrastrong MXene films with superior osteogenesis）”。该工作开发了具有成骨微环境调控作用的高强度自支撑MXene骨再生引导膜材料，实现了高效率的骨再生效果，开辟了MXene纳米复合薄膜材料在骨再生领域的新应用。这项研究解决了实现高效、安全促成骨的长期挑战，深入解析MXene纳米复合薄膜引导骨再生的级联生物学过程，为其他二维纳米材料的高性能规模化组装及生物医学应用研究提供了新思路。
发展具有骨再生微环境调控作用的高强度自支撑新型材料是实现高效、安全促成骨的关键策略，具有重要的临床意义和经济价值。目前，临床应用的骨再生引导膜材料虽然具备一定的机械强度，但是不具备调控成骨微环境作用，包括清除活性氧/活性氮（ROS/RNS）等促炎相关分子，限制了其成骨效果。因此，亟待开发兼具骨再生微环境调控作用和力学自支撑的新型材料。碳化钛MXene纳米片具有优异的力学、纳米酶活性、光热转换和生物相容性，是制备高性能纳米复合材料的理想基元。如何将MXene纳米片连续化组装成宏观高性能纳米复合材料，并深入探究其骨再生机制，是实现骨再生应用亟需解决的关键科学问题。为了实现高性能二维纳米复合薄膜材料的连续化制备，该工作创新性地开发了卷对卷辅助刮涂结合有序界面交联的新策略（图1）。规模化制备有序交联的MXene（S-SBM）薄膜具有高拉伸强度（755 MPa）和韧性（17.4 MJ m-3）,强力学自支撑性有利于维持成骨所需空间。此外，该S-SBM薄膜具有高效清除ROS/RNS和促进巨噬细胞M2极化等成骨微环境调控作用。最终，相比商用引导骨再生（GBR），S-SBM薄膜具有更高的体内成骨效率（8周新生骨体积分数高达77.4%），在临床骨修复领域具有重要应用前景。综上所述，这项开创性研究成果对骨再生修复研究领域的发展具有里程碑的意义，其核心是发展了具有成骨微环境调控作用的高强度力学自支撑新型材料，解析了二维纳米复合材料引导骨再生的级联生物学过程，解决了实现安全、高效促进骨再生面临的瓶颈问题，不仅为新型临床骨再生材料的研发开辟了新方向，也为其他二维纳米材料的高性能规模化组装及应用研究提供了新思路。
图1 具有成骨微环境调控作用MXene骨再生引导膜材料的规模化制备及成骨应用
北京大学口腔医学院陈英副研究员和北京航空航天大学化学学院万思杰副教授为第一作者，北京大学口腔医学院邓旭亮教授和北京航空航天大学化学学院程群峰教授为通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市科技新星计划、北京市研究型病房卓越临床研究计划、北京市科委项目、中国博士后创新人才支持计划、中国博士后面上基金、北京大学临床医学+X青年项目、中央高校基本科研业务费、中国科协优秀中外青年交流计划、111引智计划等项目的资助。https://www.nature.com/articles/s41586-024-08067-8
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陈英
北京大学口腔医学院副研究员。2015年在中山大学光华口腔医学院获得口腔医学学士学位，2021年在北京大学口腔医学院获得口腔医学博士学位，导师为姜婷教授，2021~2024北京大学博雅博士后，合作导师为邓旭亮教授。与北航江雷院士和程群峰教授团队保持长期合作，主要从事仿生纳米复合材料在骨再生领域的应用研究，以第一作者在Nature（1篇），Science（1篇），Nat. Mater.（1篇），Nat. Commun.（1篇），Matter（1篇），Adv. Funct. Mater.（1篇）等国际知名期刊发表9篇SCI论文。入选“中国博士后创新人才支持计划”，作为课题负责人主持国家自然科学基金青年科学基金、中国博士后科学基金面上项目一等资助和北京大学临床医学+X青年专项项目。获得北京大学医学部和北京大学优秀博士后、北京大学优秀科研奖、中华口腔医学会青年科学家报告一等奖等荣誉。![]()
万思杰
北京航空航天大学化学学院副教授。2010~2019在北航先后获得学士和博士学位，师从江雷院士和程群峰教授，2019~2022北航卓百博士后，合作导师为吕广宏和程群峰教授。长期从事仿生二维纳米复合材料研究工作。以第一作者在Nature（1篇），Science（1篇），Nat. Mater.（1篇），Nat. Commun.（1篇，PNAS（2篇）等期刊发表24篇SCI论文，他引2600余次，H因子21，授权9项中国发明专利。获北京市科技新星计划、博士后创新人才支持计划、中国科协优秀中外青年交流计划等人才项目的资助，获小米青年学者、2DM新锐青年科学家奖、中国新锐科技人物杰出成就奖、中国复合材料学会优秀博士学位论文、宝钢优秀学生特等奖、北京市优秀毕业生等荣誉，主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年科学基金、中国博士后基金面上资助等项目。![]()
邓旭亮
北京大学口腔医学院教授、主任医师，第十四届全国政协委员，中国医学科学院学部委员，北京大学口腔医学院院长，北京大学跨学部生物医学工程系常务副系主任。全国创新争先奖获得者，享受政府特殊津贴。国自然科学基金创新研究群体项目负责人，国家杰出青年基金获得者，国家级人才。科技部重点研发项目首席科学家。教育部“高等学校科学研究优秀成果奖”科技进步一等奖1项，中华口腔医学会科技奖励一等奖1项，华夏医学科技奖科学技术奖一等奖1项。获全国优秀科技工作者称号，光华工程科技奖青年奖。现任国家口腔医学中心主任，口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心主任，国家药品监督管理局口腔材料重点实验室主任，国家口腔疾病临床医学研究中心副主任。在口腔生物修复材料领域取得了一系列原创性的研究成果，以通讯作者在Nature、Science、Nat. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.等期刊发表论文200余篇，引用6000余次，授权中国发明专利50余项。所研发的新型牙齿与颌骨修复材料取得系列国药局III类医疗器械注册证。
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程群峰
北京航空航天大学化学学院教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者。致力于高性能纳米复合材料的仿生设计与构筑研究，发现了纳米复合材料性能提升的关键科学问题，开发了绿色低碳制造纳米复合材料的新策略，创制了高性能纳米复合材料，取得原创性成果，为其应用奠定了理论基础。获科学探索奖、美团青山科技奖、北京市杰出青年中关村奖、茅以升北京青年科技奖、中国化学会青年化学奖等。担任中国复合材料学会纳米复合材料分会常务副主任；Chinese Chemical Letters、Biomaterials Advances、Giant等期刊编委。以通讯作者在Science (3篇），Nature (1篇），Nat. Mater.（1篇），Nat. Commun.（4篇），PNAS（5篇）等期刊发表论文100余篇，引用11000余次，H因子60，授权中国发明专利40余项，出版专著《仿生层状二维纳米复合材料》。
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编辑：CMT小米
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