柠檬酸根诱导超细羟基磷灰石纳米棒的形成

理想的骨科生物材料应同时复制天然骨的层级结构和优异力学强度。传统的聚合物-羟基磷灰石复合材料通常羟基磷灰石含量不超过40%，力学性能提升有限。试图通过使用更硬的聚合物来增强强度的努力大多失败，因为聚合物刚度的增加并不能转化为复合材料力学性能的改善。相比之下，天然骨的承重能力源于柠檬酸盐、柔软的胶原蛋白和超薄羟基磷灰石纳米晶体（约3纳米）之间的协同作用。

本研究中，研究人员发现弹性聚辛二酸柠檬酸酯（POC）能够实现高达60%的羟基磷灰石掺入，模拟了骨骼的矿物质含量。通过自上而下的“柠檬酸化”工艺和热压处理，羟基磷灰石微粒被部分溶解并重结晶为超薄（约5纳米）纳米棒，增强了有机-无机结合，并复制了骨骼的钙磷比和结构。

研究表明，POC引发的“柠檬酸化”过程始于将POC低聚物与羟基磷灰石微粒捏合，使微粒部分溶解并产生离子丰富的环境，模糊了有机相和无机相之间的界限。热压进一步促进了羟基磷灰石的定向重结晶，在POC基质提供的丰富离子环境和强有机-无机相互作用下，形成的纳米棒更小、更致密且分布更均匀，其厚度约5纳米、长度约115纳米，与天然骨中的磷灰石形态高度相似。

由此产生的复合材料抗压强度超过250兆帕，这在聚合物-矿物体系中前所未有。其钙磷比约为1.84，接近天然骨，且有机-无机界面模糊，具有良好的生物相容性，支持成骨细胞的活力和矿化。

这些发现揭示了柔软有弹性的柠檬酸盐基聚合物如何通过“柠檬酸化”过程与羟基磷灰石协同作用，构建出具有骨仿生结构和超高强度的复合材料，为下一代承重骨科植入物提供了一种分子设计策略。