具有優(yōu)異的彈性容許應(yīng)變、生物活性和原位骨再生能力的3D打印的鈦鉭Gyroid支架

供稿人：秦曉 高琳 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

親生物金屬種植體有著良好的機(jī)械相容性和骨誘導(dǎo)性，其多孔結(jié)構(gòu)可以避免應(yīng)力屏蔽，促進(jìn)骨結(jié)合和成骨。生物材料的力學(xué)相容性可以通過(guò)彈性容許應(yīng)變（EAS），即屈服強(qiáng)度與彈性模量的比值來(lái)評(píng)估。高EAS在骨植入物中既可以提供與周圍骨組織相當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ?，又能提供?yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，提高植入物使用中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。另一方面，骨植入物的生物活性功能可以促進(jìn)骨細(xì)胞分化和增殖，從而加速骨再生。

采用選擇性激光熔化（SLM）和粉末床3D打印工藝原位制備了孔隙率為90%的三周期最小表面多孔鈦鉭（Ti-Ta）支架，并對(duì)其制造工藝、相組成、顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行了研究，同時(shí)對(duì)其體外生物活性、細(xì)胞相容性和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，以用于骨植入應(yīng)用。

圖1 通過(guò)SLM原位制備Ti-Ta支架示意圖

研究結(jié)果表明，該支架具有較好的彈性容許應(yīng)變（EAS）、生物活性和原位骨再生能力，具有低彈性模量（1.8GPa）和較高的抗壓強(qiáng)度（55.5MPa）的良好組合，可獲得較高的EAS（3.03%）。與純鈦相比，多孔鈦鉭合金上的細(xì)胞活性更強(qiáng)，成骨基因活性上調(diào)。后續(xù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了制備的多孔Ti-Ta支架能夠增強(qiáng)骨整合，加速骨再生。為多孔金屬植入物治療骨缺損提供了一個(gè)有前景的策略。

圖2 SLM制備的Ti-Ta螺旋支架：(a，d)設(shè)計(jì)模型，(b，e)顯微CT重建圖像，(c，f)射線照片，(g，h，j，k)SEM圖像和(i，j)顯微鏡圖象

參考文獻(xiàn)：
ZHAO D, LIANG H, HAN C, 等. 3D Printing of a Titanium-Tantalum Gyroid Scaffold with Superb Elastic Admissible Strain, Bioactivity and in-Situ Bone Regeneration Capability[J]. Additive Manufacturing, 2021, 47: 102223. DOI:10.1016/j.addma.2021.102223.