具有优异的弹性容许应变、生物活性和原位骨再生能力的3D打印的钛钽Gyroid支架

供稿人：秦晓 高琳 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

亲生物金属种植体有着良好的机械相容性和骨诱导性，其多孔结构可以避免应力屏蔽，促进骨结合和成骨。生物材料的力学相容性可以通过弹性容许应变（EAS），即屈服强度与弹性模量的比值来评估。高EAS在骨植入物中既可以提供与周围骨组织相当的弹性模量，又能提供优异的机械强度，提高植入物使用中的长期稳定性。另一方面，骨植入物的生物活性功能可以促进骨细胞分化和增殖，从而加速骨再生。

采用选择性激光熔化（SLM）和粉末床3D打印工艺原位制备了孔隙率为90%的三周期最小表面多孔钛钽（Ti-Ta）支架，并对其制造工艺、相组成、显微结构和力学性能进行了研究，同时对其体外生物活性、细胞相容性和动物实验进行评估，以用于骨植入应用。

图1 通过SLM原位制备Ti-Ta支架示意图

研究结果表明，该支架具有较好的弹性容许应变（EAS）、生物活性和原位骨再生能力，具有低弹性模量（1.8GPa）和较高的抗压强度（55.5MPa）的良好组合，可获得较高的EAS（3.03%）。与纯钛相比，多孔钛钽合金上的细胞活性更强，成骨基因活性上调。后续动物实验进一步验证了制备的多孔Ti-Ta支架能够增强骨整合，加速骨再生。为多孔金属植入物治疗骨缺损提供了一个有前景的策略。

图2 SLM制备的Ti-Ta螺旋支架：(a，d)设计模型，(b，e)显微CT重建图像，(c，f)射线照片，(g，h，j，k)SEM图像和(i，j)显微镜图象

参考文献：
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.