香港城大研究人員3D打印超彈性鎳鈦骨支架，柔韌性達(dá)6-7%，媲美天然骨

2025年9月4日，南極熊獲悉，來(lái)自香港城市大學(xué)（CityU HK）的研究人員在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得了重要的里程碑。他們成功3D打印出鎳鈦（NiTi）合金骨支架，兼具超彈性、可調(diào)節(jié)的強(qiáng)度和孔隙率。支架形變恢復(fù)能力高達(dá)6%至7%，而天然骨的形變恢復(fù)能力僅為2%至4%，傳統(tǒng)金屬支架的形變恢復(fù)能力則不足1%。此外，這些支架可靈活調(diào)整強(qiáng)度、模量和滲透性等特性，以滿足特定的植入部位需求。

研究結(jié)果以題為“Superelastic NiTi scaffolds withextensively tuneable mechanical and mass transfer properties”的論文發(fā)表于《國(guó)際極端制造雜志》上。這項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)用于各種工程應(yīng)用的高性能人工骨支架和其他多功能超材料提供了寶貴的見(jiàn)解，有望徹底改變骨修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)，為患者和醫(yī)護(hù)人員帶來(lái)新的希望。

論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2631-7990/adf01e

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人工骨植入物市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2030 年市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到 642.7 億美元。

本文通訊作者、香港城市大學(xué)機(jī)械工程系講座教授陸建教授表示：“人工骨支架是植入物的重要組成部分，但現(xiàn)有的支架仍未達(dá)到理想狀態(tài)。支架作為局部植入物，用于解決局部骨質(zhì)流失問(wèn)題，必須與植入部位的天然骨特性非常接近。例如，它們應(yīng)該具備足夠的變形恢復(fù)能力，并提供可調(diào)節(jié)的模量、強(qiáng)度和滲透性，以適應(yīng)植入部位的特性。遺憾的是，傳統(tǒng)的金屬支架尚未達(dá)到這些期望。”

雖然 NiTi 合金因其生物相容性和優(yōu)異的變形恢復(fù)能力已在骨植入物、正畸絲、骨板和血管支架中使用了數(shù)十年，但骨支架的復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)傳統(tǒng)制造方法提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。

3D打印如何解決NiTi骨支架的挑戰(zhàn)

鎳鈦合金是一種生物相容性金屬，具有優(yōu)異的變形恢復(fù)能力（也稱為超彈性）。自20世紀(jì)末以來(lái)，研究人員一直在探索它在植入物中的應(yīng)用，包括正畸絲、骨板和血管支架。然而，骨支架復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)傳統(tǒng)的制造方法提出了挑戰(zhàn)。

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為制造NiTi支架提供了解決方案。然而，初步研究表明，3D打印NiTi支架的性能控制仍存在困難，實(shí)現(xiàn)最佳超彈性和廣泛可調(diào)性能的策略尚不明確。

陸建教授團(tuán)隊(duì)利用激光粉末床熔融技術(shù)，協(xié)同優(yōu)化NiTi支架的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)，獲得具有分級(jí)微觀結(jié)構(gòu)和螺旋片狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的支架。

這種設(shè)計(jì)增強(qiáng)了可逆馬氏體相變，顯著提高了支架的超彈性。此外，通過(guò)調(diào)整體積分?jǐn)?shù)和晶胞尺寸，實(shí)現(xiàn)了廣泛的機(jī)械和傳質(zhì)性能，增強(qiáng)了支架的適用性。

“與之前報(bào)道的支架相比，我們的超彈性鎳鈦支架更接近天然骨的變形行為，并具有靈活的適應(yīng)性，能夠滿足不同植入部位的多樣化需求，”論文第一作者、陸建教授的博士生鐘世宇說(shuō)道?！拔磥?lái)的研究將重點(diǎn)關(guān)注這些支架的生物相容性和耐久性（包括疲勞、腐蝕等），以增強(qiáng)臨床應(yīng)用?！?/div>