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)工程國家重點實驗室

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)相容性可以通過彈性容許應(yīng)變（EAS）,，即屈服強(qiáng)度與彈性模量的比值來評估,。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浚�又能提供�?yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度,，提高植入物使用中的長期穩(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,，同時對其體外生物活性、細(xì)胞相容性和動物實驗進(jìn)行評估,，以用于骨植入應(yīng)用,。

圖1 通過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)動物實驗進(jìn)一步驗證了制備的多孔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有前景的策略,。

圖2 SLM制備的Ti-Ta螺旋支架：(a,，d)設(shè)計模型，(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.