高強度多孔Ti3SiC2陶瓷及骨修復作用研究

多孔生物陶瓷，如磷酸鈣和生物玻璃，由于兼具良好的骨傳導性和骨結合性，被廣泛應用于骨替代材料。然而，相對較低的力學強度限制了其在承重骨缺損部位的應用。因此，開發具有高力學強度及良好骨修復功能的多孔生物陶瓷至關重要。中國科學院金屬研究所與東北大學、中國醫科大學口腔醫院合作，制備了可用于承重骨缺損修復的多孔Ti₃SiC₂支架材料，并探索了其骨整合和骨修復功能的潛在機制。研究結果表明，當孔隙率為62.9%時，多孔Ti₃SiC₂支架的壓縮強度~68.12 MPa，遠高于目前報道的具有相近孔隙率的磷酸鈣、生物玻璃支架。此外，在模擬體液中浸泡后，Ti₃SiC₂支架通過表面形成Si-OH官能團促進磷灰石礦化，從而誘導RAW264.7細胞從M1表型向M2表型的極化，并可促進MC3T3-E1細胞成骨分化。動物體內植入實驗進一步證明，Ti₃SiC₂支架通過體內原位生物礦化提高支架的骨整合和成骨再生能力。因此，具有高強度的多孔Ti₃SiC₂陶瓷有望作為承重骨缺損修復材料。

該項工作得到國家自然科學基金項目和興遼英才計劃資助。相關研究結果以“Porous Ti₃SiC₂?ceramics with high mechanical strength and improved osteogenic functions via biomineralization”為題，發表于Journal of Materials Science & Technology。其中，徐倩和王舒澤博士生為共同第一作者，王曉輝研究員、李小武教授、張興研究員為共同通訊作者。

全文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S100503022400183X

圖文導讀：

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圖1 Ti₃SiC₂材料礦化示意圖及巨噬細胞極化、骨缺損修復結果

圖2 不同孔隙率多孔骨植入材料的壓縮強度對比

圖3 多孔Ti₃SiC₂支架植入兔股骨缺損4周(a, b)和8周(c, d)后的顯微CT圖像及相關數據分析:?(a, c)?空白對照組;?(b, d) 多孔Ti₃SiC₂支架; (e) 骨小梁分離度(Tb.Sp)、骨小梁數量(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)分析(黃色代表空白對照組，綠色代表Ti₃SiC₂支架組)。