3D打印TPMS结构PLA/MgTiO3 复合支架：协同增强生物活性与抗菌性能促进骨再生

为解决骨修复材料中机械强度与生物活性难以兼顾的问题，研究人员通过熔融沉积成型（FFF）技术开发了具有三周期极小曲面（TPMS）结构的PLA/MgTiO3 复合支架。结果表明，该支架热稳定性提升至338?°C，抗压强度提高7.55%，接触角降至76.8°，并显著促进羟基磷灰石形成和间充质干细胞（MSCs）成骨分化，同时对大肠杆菌（E. coli）表现出强抗菌性，为骨组织工程提供了创新解决方案。

　　

骨缺损修复是临床面临的重大挑战，传统材料如钛合金虽机械性能优异但生物活性不足，而镁合金降解过快难以维持结构稳定性。聚乳酸（PLA）作为可降解高分子虽广泛应用于骨科，但其酸性降解产物和力学性能局限制约了长期应用。如何设计兼具力学支撑、可控降解和生物活性的骨修复材料，成为当前研究的核心难题。

为解决这一问题，印度BankaLtd.等机构的研究人员创新性地将镁钛酸盐（MgTiO₃
）与PLA复合，通过熔融沉积成型（FFF）技术构建具有三周期极小曲面（TPMS）拓扑结构的3D打印支架。该研究发表于《Biomaterials Advances》，首次系统评估了PLA/MgTiO₃
-TPMS支架在力学、生物学及抗菌性能方面的协同增强效应。

关键技术方法
研究采用熔融沉积成型（FFF）制备含1% MgTiO₃
的PLA复合丝材，通过热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）表征热稳定性；场发射扫描电镜（FE-SEM）观察表面形貌；模拟体液（SBF）浸泡24天评估羟基磷灰石沉积；人间充质干细胞（MSCs）培养实验检测成骨分化；抑菌圈法测定对大肠杆菌（E. coli）的抗菌活性。

研究结果

1. 热力学与机械性能提升
添加MgTiO₃
使PLA分解温度从320°C升至338°C，抗压强度提高7.55%，弹性模量增加27.46%。TPMS结构赋予支架高孔隙率（>70%）和连通孔道，满足骨组织生长需求。

2. 表面特性优化
接触角从94.2°降至76.8°，亲水性增强促进细胞粘附。FE-SEM显示MgTiO₃
颗粒均匀分散，表面粗糙度增加，利于蛋白质吸附和细胞锚定。

3. 生物活性与成骨效应
SBF中羟基磷灰石沉积量显著增加，表明生物活性提升。MSCs增殖率提高1.8倍，碱性磷酸酶（ALP）活性增强2.3倍，证实成骨分化能力。

4. 抗菌性能
对E. coli抑菌圈直径达12.5?mm，归因于Mg²⁺
离子释放破坏细菌膜结构。

结论与意义
该研究开创性地将TPMS几何优势与PLA/MgTiO₃
材料特性结合，通过FFF技术实现多尺度性能调控。支架兼具力学增强（抗压强度?>?60?MPa）、可控降解（pH缓冲效应）、促骨再生（MSCs成骨分化率?>?80%）和广谱抗菌（E. coli抑制率?>?90%）功能，突破了单一材料局限。其“结构-性能”协同设计策略为个性化骨修复体开发提供了新范式，尤其适用于感染性骨缺损的综合治疗。