近日，我校物理与光电技术学院2023级凝聚态物理专业硕士研究生彭士峰与王凯同学完成的论文“Piezo-metastructured arrays enhance osteoblast mitochondrial quality control to promote osseointegration under osteoporotic conditions”发表于国际著名SCI期刊Biomaterials。该期刊为中科院一区TOP期刊，影响因子12.9。我校周建宏教授与西安交通大学憨勇教授、李博副教授为论文通讯作者，我校为该论文第一通讯单位。
钛基植入体在骨质疏松性骨缺损中常表现出较差的骨整合效果，这主要是由于骨质疏松常伴随过量活性氧的产生，进而诱发成骨细胞内线粒体氧化应激，导致线粒体功能失调。为应对这一挑战，本研究在钛表面构建了一种压电超结构阵列，该阵列由羟基磷灰石（HA）纳米颗粒修饰的钛酸钡（BaTiO₃）纳米棒组成，在低强度脉冲超声（LIPUS）处理下可显著增强压电势。模拟结果表明，该压电超结构阵列在LIPUS作用下增强的压电势源于两方面：纳米棒图案引起的声阻抗匹配效应，以及BaTiO₃/HA界面处内置电场的叠加效应。在模拟骨质疏松环境中，升高的压电势可激活成骨细胞上的电压门控钙通道，促使降解的HA中释放的Ca²⁺流入细胞内，适度提升线粒体钙水平，进而促进ATP合成。增强的ATP合成有助于细胞骨架重塑，继而触发迁移体的形成以清除受损线粒体，并促进健康线粒体的分裂。上述过程恢复了线粒体质量控制，从而减轻线粒体氧化应激，最终增强钛基植入体在骨质疏松性骨中的骨整合。因此，在LIPUS作用下，通过压电超结构阵列涂层所介导的成骨细胞ATP合成，为改善骨质疏松条件下植入体的骨整合提供了一种具有前景的策略。
本工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、陕西省自然科学基础研究计划、陕西省自然科学基金研究项目、陕西省重点科技创新团队、陕西省重点研发计划、陕西省教育厅重点科学研究计划、陕西省高校青年创新团队以及宝鸡文理学院研究生创新研究重点项目的共同支持。（研究生院、物理与光电技术学院 文、图/妮萨 审核/王肖烨、周建宏）
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2026.124248
