組織再生工程是21世紀生命科學的研究熱點之一，對於患病和受損的人體組織採取高效的治療方法仍然是全世界範圍內的重要挑戰。現時的組織工程支架在臨床應用受限，移植成功率不高的一個重要原因是在諸如潰瘍，冠心病和慢性傷口等身體缺陷中血管化水准不足，血管結構的缺乏導致移植早期不能及時建立血運，為受損部位提供必須的氧氣和營養物質。傳統的有機高分子支架由於在移植過程中不良的生物活性以及難降解性，迫切需要開發新的生物活性資料來解决該障礙。
近日，生物資料領域的頂級期刊Biomaterials線上刊登了我系鄔建敏教授課題組在多孔矽生物醫學應用領域的新進展。該研究發現，從發光多孔矽材料中釋放的無機矽離子可以有效促進皮膚成纖維細胞和內皮細胞的遷移、成管；穩定低氧誘導因數-1α（HIF-1α），促進血管內皮細胞因數（VEGF）的表達，從而加速新生血管的形成。相比於傳統穩定的介孔二氧化矽資料，該研究採用電化學刻蝕單晶矽片方法製備出的多孔矽表面具有豐富的Si-H鍵，避免了介孔二氧化矽中過度交聯Si-O-Si鍵的生物惰性導致的生物活性和降解性差的問題。此外，製備出的多孔矽材料具有豐富可調的孔道，能有效裝載治療藥物。研究人員進一步將VEGF採用靜電吸附的方法負載在發光多孔矽表面，發現多孔矽螢光的衰减和藥物的釋放有很好的相關性。囙此，所製備多孔矽材料兼具治療效果、生物可降解與自報告藥物分子釋放的特性，在活體血管生成實驗中取得良好的治療效果。通過對資料表面的改性或發光行為的調控，該平臺可用於普適性血管化治療平臺的構建，在組織再生工程中有著廣闊的應用前景。論文的第一作者是課題組2021級的博士研究生段偉。近日，該研究小組2016級的博士研究生金堯同學在ACS Appl.Mater.Interfaces上發文，進一步發現多孔矽負載的納米銀和抗菌肽體系可在傷口環境的ROS及pH雙重刺激下協同釋放無機Si離子，Ag離子和抗菌肽，有效抑制傷口細菌感染並促進癒合.上述研究工作得到了杭州高斯博醫療用品有限公司重大橫向課題及國家自然科學基金（21874118）的資助。
圖1（A）多孔矽降解過程中孔徑變化的高分辨掃描電鏡圖；（B）多孔矽降解過程中的漫反射紅外光譜；（C）降解示意圖；（D-E）細胞培養液中矽離子釋放行為和對應時間點降解產物對pH的影響
圖2（A）多孔矽用於活體血管生成實驗示意圖；（B）在動物模型中第八天的血管新生情况對比；（C）相應血管化名額的資料統計結果。
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https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120772
https://doi.org/10.1021/acsami.1c02161
鄔建敏課題組近年來在多孔矽材料研究領域取得了一系列的研究成果，課題組此前通過對多孔矽材料的光電性質及生物學性質的基礎研究，將應用領域拓展到組織修復與健康管理，腫瘤早篩與臨床質譜，生物傳感與藥物篩選，氣體傳感與公共安全，研究工作分別發表在化學領域著名期刊，如Angew.Chem.Int. Ed.，ACS Nano.Anal.Chem.，ACS Appl.Mater.Interfaces.Chem.Commun.，Lab Chip，ACS Sens.等。