超声响应型MoS2 @pCu-MOF异质结支架：增强细菌膜渗透性、高效抗菌与骨再生协同治疗新策略

　　为解决骨移植后细菌感染和骨再生难题，研究人员开发了超声响应型MoS2 @pCu-MOF/PLLA异质结支架。通过构建Type-II异质结增强电子-空穴（e- -h+ ）分离效率，实现不依赖H2 O2 的声动力疗法（SDT），对金黄色葡萄球菌（S.aureus）和大肠杆菌（E.coli）抑制率达99%和98.5%。同时，超声诱导微电流协同PO4 3- 释放促进成骨因子表达，晚期成骨能力提升36%。该研究为感染性骨缺损治疗提供了SDT/CDT双模抗菌与离子/声电双模成骨新方案。

　　

研究背景
骨缺损修复过程中，移植支架的细菌感染是临床面临的主要挑战，70%以上的移植失败与此相关。传统抗生素疗法易引发耐药性，而金属离子释放难以精准控制。尽管光热/光动力疗法等新兴策略被尝试，但其组织穿透力有限。声动力疗法（SDT）凭借深层组织穿透性和机械刺激特性，成为兼具抗菌与促骨再生潜力的解决方案。

磷酸铜金属有机框架（pCu-MOF）虽能通过释放PO₄
^3-
促进成骨，但其化学动力疗法（CDT）过度依赖微环境H₂
O₂
浓度，且低浓度活性氧（ROS）难以穿透细菌膜。二硫化钼（MoS₂
）作为压电半导体材料，能与pCu-MOF形成能带交错的Type-II异质结，有望解决上述瓶颈。

关键技术方法
研究团队通过水热法合成MoS₂
@pCu-MOF异质结，采用选择性激光烧结（SLS）技术将其整合至聚乳酸（PLLA）支架。通过TEM、XPS、PL光谱等表征材料特性，利用电化学测试验证载流子分离效率。抗菌实验采用DCFH-DA探针检测ROS，SEM观察细菌形态；成骨实验通过ALP染色、qPCR评估成骨基因表达。

研究结果

1. MoS₂
@pCu-MOF的物理化学表征
透射电镜显示pCu-MOF规则球形结构（~80 nm）均匀负载于MoS₂
片层。XPS证实P元素成功掺入，异质结带隙从MoS₂
的1.4 eV和pCu-MOF的2.1 eV降至0.6 eV，促进超声下e^-
-h⁺
分离。

2. 异质结压电特性
光致发光（PL）光谱显示MoS₂
@pCu-MOF荧光强度最低，载流子分离效率较单一组分提升2.3倍。压电力显微镜（PFM）证实超声下异质结产生稳定压电响应（振幅~3.5 pm/V）。

3. 声动力/化学动力抗菌机制
超声刺激下，异质结支架产生·OH和¹
O₂
量较对照组高39%，且不依赖H₂
O₂
。ANS/ONPG实验显示超声组细菌膜通透性提升4.8倍，SEM观察到细菌膜明显破裂。

4. 抗菌效果评估
共培养实验中，异质结支架对S.aureus和E.coli抑制率分别达99%和98.5%，荧光探针检测到ROS水平较对照组高6倍。

5. 生物相容性与成骨评价
Live/Dead染色显示支架无细胞毒性。ALP活性检测表明超声组晚期成骨能力提升36%，qPCR证实Runx-2、Wnt-10b和BMP-2基因表达上调2.1-3.4倍。

结论与意义
该研究创新性地将Type-II异质结工程与SLS技术结合，构建了具有SDT/CDT双模抗菌和离子/声电双模成骨功能的智能支架。其核心突破在于：（1）通过能带调控实现不依赖H₂
O₂
的持续ROS生成；（2）利用超声微电流协同PO₄
^3-
释放激活成骨通路；（3）SLS成型技术保障临床转化可行性。这项工作为感染性骨缺损治疗提供了兼具高效抗菌和精准促修复的新型材料范式，相关成果发表于《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》。