纳米TiO2增强3D打印PLA复合材料的生物活性、矿化及力学性能研究

为解决聚乳酸(PLA)在负载型生物医学应用中脆性高、生物活性不足的问题，研究人员通过熔融沉积成型(FFF)技术制备了2 wt.%纳米TiO2增强PLA复合材料。研究表明，TiO2显著提升了材料在模拟体液(SBF)中的钙磷沉积能力（分别达0.05%和0.06%），表面粗糙度更均匀，虽力学性能略有下降（拉伸强度降低～24%），但仍满足医用需求。该成果为骨固定器械和再生支架开发提供了新思路。

　　

在生物医学领域，个性化植入器械的需求日益增长，但传统材料如纯聚乳酸(PLA)存在脆性高、缺乏骨整合活性等瓶颈。3D打印技术虽能实现复杂结构定制，但如何平衡材料力学性能与生物活性仍是挑战。针对这一问题，加济安泰普大学的研究团队创新性地将纳米二氧化钛(TiO₂)引入PLA基质，通过熔融沉积成型(FFF)技术制备复合材料，系统评估了其在模拟生理环境中的表现。相关成果发表于《Bioprinting》，为负载型骨修复材料开发提供了重要参考。

研究采用三项关键技术：1）熔融沉积成型(FFF)制备2 wt.% TiO₂-PLA复合材料；2）模拟体液(SBF)浸泡实验（15/30天）评估矿化行为；3）结合X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和力学测试等多维度表征。

【Sample Preparation】
通过FFF技术分别打印纯PLA和TiO₂-PLA复合材料试样，优化打印参数确保纳米颗粒均匀分散。

【Crystallinity by XRD Analysis】
XRD显示PLA呈典型非晶态（15°宽峰），而TiO₂的引入未改变基体结晶性，但29.49°处出现碳酸钙弱峰，提示SBF浸泡后表面矿化起始。

【Conclusions】
研究证实2 wt.% TiO₂使复合材料在SBF中钙磷沉积量显著提升，形成类骨磷灰石结构；表面粗糙度降低17%，但拉伸强度（～24%降幅）仍高于临床阈值。

该工作首次阐明纳米TiO₂通过促进Ti-OH基团形成，加速Ca²⁺/PO₄^3-吸附的矿化机制。尽管纳米颗粒导致微孔洞缺陷，但材料整体性能满足骨固定器械要求，为兼具力学支撑与骨诱导功能的3D打印植入物设计提供了新范式。