对于口腔种植修复，充足的骨量是取得良好骨结合的前提。然而，由于先天缺陷、创伤、肿瘤及牙周病等各种原因导致的牙槽骨水平或垂直骨量的不足十分常见，这将会直接影响种植修复的效果及成功率。
目前，有许多方法适用于修复牙槽骨量的不足，如牙槽骨劈开术、引导骨再生术（guided bone regeneration，GBR）、上颌窦底提升术、块状自体骨移植、牵张成骨等；其中，GBR是目前临床上应用较为广泛的修复牙槽骨缺损的方法，其基本原理是在上皮结缔组织与骨缺损区之间人为地架起一道物理屏障，创造一个相对封闭的空间，阻止迁移速度比较快的成纤维细胞进入骨缺损区，同时稳固血凝块，利于骨缺损区新骨的形成。
在这一技术中，GBR膜性能的优劣对骨修复再生的效果有着重要的作用。Scantlebury提出GBR膜应具有以下几种性能：生物学相容性、细胞屏障作用、空间维持能力、组织亲和性、临床可管理性以及良好的机械和物理性能。然而传统的膜结构往往很难同时具有所有性能，所以许多学者提出功能等级膜（functionally graded membranes，FGM）这一概念。
FGM是一种复合膜，其结构和组分沿特定方向变化。通过这种空间不均匀的微结构，可以实现比均质材料更强的功能。FGM在材料之间形成平稳过渡，减少界面间的应力集中，能够提高其长期稳定性。每层膜具有不同的物理化学特性，这些特性有助于提高FGM的整体特性，从而实现骨组织与软组织的再生，并满足临床上的多重功能要求。本文主要从3个部分进行综述：1） FGM的设计思路；2） FGM的研究现状；3） GBR膜研究的未来发展方向。
1.FGM 的设计思路
目前临床常用的GBR膜有两大类：不可吸收膜和可吸收膜。膜的种类不同，其结构、性能及发挥的作用也有所区别。不可吸收膜机械强度较高，空间维持能力好，成骨效果肯定。但不可吸收膜需要二次手术取出，且易出现软组织裂开、感染等并发症，在一定程度上限制了其在临床上的使用。可吸收膜易于临床操作，无需二次手术，在临床上有广泛的应用。但可吸收膜也存在机械强度低，空间维持能力弱等缺点。
GBR膜的上下面与不同的生物环境接触，一面朝向上皮组织，另一面朝向骨缺损区，其设计应符合GBR的骨再生原则及不同组织的再生需求。成功的GBR应遵循4个基本原则：初期的创口愈合，再生区域的血管化，良好的空间维持，及伤口和移植物的稳定。这些原则的实现都与GBR膜的性能息息相关。
FGM的设计思路为构建多层膜，使每层膜具有特定的结构和成分，以满足其局部功能要求。面向软组织的一层发挥屏障作用，阻止成纤维细胞侵入，但应利于早期血管化和软组织愈合。屏障功能需维持4~6个月甚至更长时间，因此此层的结构和成分应在屏障功能和血管化之间寻求平衡。此外，膜的软组织层朝向伤口和口腔环境，辅助适当的添料增加其抗菌抗炎性能也是目前的研究方向之一。面向骨组织的一层应能够稳固血凝块，利于成骨细胞和间充质干细胞等在缺损区内定植。
通常具有60%~90%的孔隙率、孔径>150 μm的大孔以及纤维对齐排列的结构有利于成骨细胞的募集、黏附、增殖以及间充质干细胞的成骨分化。高粗糙度的表面也能够为成骨细胞附着提供更大的表面积和更有效的结合位点。FGM的骨组织层应从结构和成分上构建利于骨组织修复再生的微环境。同时，FGM应具有优异的组织相容性、合适的机械性能和可预测的降解性能，这些性能将直接影响伤口的稳定及空间维持时间。
2.FGM 的构建策略及研究现状
目前已有多种合成方法来实现FGM的空间、结构及成分梯度性以达到特定的功能特性，如溶剂浇铸/颗粒浸出法、静电纺丝技术、冷冻干燥法、冷冻凝胶法和相转化法等。FGM的多层膜还可以通过材料间的相互作用来调节性能。目前研究主要采用2种策略来构建FGM：第1种，构建不对称膜，通过调节材料的比例来控制膜不同层的孔隙度及孔径；第2种，构建多层膜，并通过改变每层膜的化学成分来优化复合膜，模拟天然组织结构，从而达到可预测的临床效果。此外，FGM的每层膜可通过引入适量无机成分和生物聚合物来调节膜的机械性能和生物学相容性。
2.1 构建多层膜，每层膜的孔隙直径不同
根据孔隙直径大小设计致密层和疏松层，致密层靠近软组织面，孔隙较小，起物理屏障作用，阻止上皮细胞长入缺损区并促进成纤维细胞黏附，有助于上方软组织愈合；疏松层靠近骨组织面，孔隙较多，利于成骨细胞的附着和骨沉积，从而实现促进骨再生的作用。
Abe等通过两步冷冻干燥法构建了PLCL双层膜，呈现致密层和多孔层双层排列。研究发现：与商用PLGA膜相比，PLCL双层膜降解率较低，稳定性更强，其屏障作用和促进骨再生作用时间得以延长。此外，PLCL双层膜显示出合适的机械强度和较高的断裂应变，具有较好的可操作性。
笔者团队也曾通过相转化法和静电纺丝技术制备了一种具有不同表面结构的PLGA/nHA功能等级双层膜。致密层加入5% nHA，膜能对成纤维细胞发挥良好的屏障作用，疏松层加入30% nHA使其具备良好均匀的多孔结构，更利于成骨细胞的增殖、黏附及分化，促进骨再生。
Lian等通过两步静电纺丝法构建了一种纳米载体复合双层复合膜。疏松层由共轭电纺PLGA/Gel纳米纤维和DEX@MSNs组成，致密层是DCH/PLGA纳米纤维结构。这种结构在阻止成纤维细胞迁徙和诱导干细胞-支架相互作用方面具有明显优势。但由于致密层添加了DCH晶体而使膜的脆性增加，而疏松层由于MSNs或DEX@MSNs的引入降低了膜的弹性模量。
Zahid等采用冷冻干燥法构建了不对称双层膜，上层由氧化钙、二氧化硅、五氧化二磷组成，为无孔疏水PU层，下层为疏水PCL-BG层，通过体内研究发现该膜有良好的生物学相容性，组织学检查未发现炎症细胞或者宿主免疫细胞聚集迹象，并且相比于纯PU膜愈合速度快，这可能与位于聚合物网状结构中的生物玻璃纳米颗粒的生物活性有关。
Li等制备具有PLGA和MNBG的新型双层膜。溶剂浇铸法制备的致密PLGA膜表面光滑致密，防止结缔组织浸润。另一层通过静电纺丝制备的MNBG/PLGA膜表面粗糙疏松，促进了成骨。Liu等通过两步电化学方法制备了三维网格结构的石墨烯/羟磷灰石双层复合膜，膜的上层为二维rGO构成的致密层，下层为3D rGO和HA构成的疏松多孔层。通过在体内的研究进一步证实了3DrGO/HA膜增强了新骨的形成和矿化 ，最终促进了骨缺损的愈合。
2.2 构建多层膜，每层膜的化学成分不同
通常将生物性能优异的天然聚合物、机械强度良好的合成聚合物以及具有抗菌作用的药物相结合，来设计满足局部功能要求的GBR膜。如磷酸纳米颗粒和羟磷灰石可刺激缺损区的骨再生，甲硝唑、阿莫西林等药物或金属纳米粒子如铜纳米粒子等可抑制细菌在膜上定植。Bottino等通过多层静电纺丝技术制备了一种具有空间分层结构的FGM。膜由一个核心层和两个分别与骨组织（nHA） 和上皮组织（MET）结合的功能表面层组成，核心层由一个整齐的PLCL层组成，周围包覆PLCL/PLA/Gel三元混合层，以提供所需的机械性能。但缺乏对膜的生物降解性和屏障作用的研究。
Shah等通过将电化学和冷冻干燥法结合制备了一种具有BG梯度（0、25%、50%） 的新型三层功能梯度壳聚糖膜。这种功能梯度结构是通过改变BG纳米颗粒、CS和三嵌段共聚物Pluronic F127在三层中的百分比来实现的。实验结果显示其作为一种GBR膜展现出良好的组织相容性、屏障作用及促骨再生能力。Tamburaci等通过静电纺丝和冷冻干燥法相结合制备了具有双层结构的GBR膜。
上层为由CS和PEO构成的纳米纤维层，可模拟软组织的细胞外基质，并充当防止成纤维细胞迁移的屏障。下层为CS和Si-nHaP构成的多孔层，Si-nHaP的加入增强了膜的机械性能，并控制了其生物降解性，促进了成骨细胞的附着与黏附。
Ghavimi等通过静电纺丝制备了一种含有负载阿司匹林的聚乳酸-羟基乙酸颗粒和姜黄素的不对称胶原膜，一侧为包含PLGA-Asp纳米粒子的胶原膜，发挥屏障作用，Asp的释放能够减轻炎症反应且加速骨愈合；另一侧为姜黄素/胶原膜，Cur具有良好的抗菌活性与促进骨再生作用。
Lian等又通过两步溶液电解法将Cu@MSNs引入PLGA/Gel纤维基质中，构建Cu功能化的双层GBR支架。Cu2+和MSNs对促骨再生具有协同作用，此外，Cu2+的释放可能会抑制细菌细胞膜的形成，促进活性氧的产生，从而发挥抗菌作用。Niu等通过两步法静电纺丝和溶剂浇铸相结合的方法设计了一种PA6/CS@nHA/PA6双层复合膜。这种合成技术制备的膜不仅可以模仿自然组织固有的梯度结构，同时还实现了无缝集成的层结构。nHA/PA6层和电纺PA6/CS层通过分子相互作用和化学键紧密结合，增强了两个不同层之间的结合强度。PA6/CS可以增强nHA/PA6复合支架的机械性能。
同时，nHA/PA6可以保持双层膜优良的生物活性，促进骨的再生。目前的研究为FGM构建提供了一些理论依据，然而仍然存在一些不足，主要在于：其一，FGM多层膜界面之间连接强度少有阐述，FGM并不只是单纯的几层膜覆盖在一起的，而是形成一个过渡自然、结构稳定的整体。其二，膜的抗菌性能主要是通过抗生素或金属粒子的搭载释放来实现的，但其浓度对生物学相容性具有一定的影响，这就需要寻求一个合适的浓度来维持生物活性与生物相容性的平衡。其三，上述研究对膜降解过程中产生的中间产物及其最终生成物对骨再生的影响并未进行具体分析，有必要对其长期代谢作用性和毒性进一步验证。
除对FGM材料及结构本身的设计及性能研究，还应关注FGM梯度的结构和成分对组织再生微环境的影响及其机制。此外，合成技术和品质的稳定性和重复性也将进一步影响FGM的研发进程。
3.总结及展望
综上所述，FGM因其独特的梯度性和多功能性在GBR膜研究领域有着巨大的发展潜力，但将其成功应用于临床上还需克服一些困难，如需要具有标准化的制备方式来提高FGM的可重复性并能够实现广泛应用。在此基础上，未来可以在以下几个方向上进一步钻研：1） 探索操作更简单、更经济并能够精细调控膜的孔隙和成分分布的新技术；2） 通过基因修饰、基因调控从分子水平提高膜的成骨潜力；3） 寻求新的生物材料优化膜的性能；4） 通过成骨相关蛋白质和生长因子的搭载参与促骨再生信号的调节；从而研制适合不同类型的骨缺损病例的个性化引导性骨再生膜。
