可降解Zn-4Cu-2Se合金的加工硬化与生物功能协同效应及其在骨科抗肿瘤应用中的突破

针对骨肿瘤术后植入材料缺乏抗肿瘤功能、锌合金存在加工软化等问题，研究人员通过铸造-热轧工艺开发出兼具优异力学性能与生物功能的Zn-4Cu-2Se合金。该材料展现215 MPa屈服强度、56.2 μm/y降解速率，对S. aureus抗菌率达96%，并通过Se4+ 诱导ROS生成显著抑制MG63骨肉瘤细胞，为骨科植入物设计提供新思路。

　　

在骨科临床实践中，骨肿瘤切除术后的骨缺损修复面临两大挑战：传统钛合金等永久性植入物需二次手术取出，且缺乏抑制残留肿瘤细胞的能力；而现有可降解锌合金又普遍存在加工软化现象，力学性能不稳定。更棘手的是，直接合金化锌与硒（Se）的难度极高，而Se恰恰是兼具抗癌和免疫调节功能的关键微量元素。这些矛盾严重制约了功能性骨修复材料的临床应用。

针对这一技术瓶颈，中国的研究团队创新性地采用CuSe化合物作为硒源，通过铸造结合热轧工艺成功制备出Zn-4Cu-2Se合金，相关成果发表在《Acta Biomaterialia》。该研究通过微观结构表征、力学测试、电化学腐蚀分析、抗菌实验和细胞实验等多维度验证，首次实现了可降解锌合金中加工硬化行为与抗肿瘤/抗菌功能的协同优化。

研究采用的关键技术包括：X射线衍射（XRD）和电子背散射衍射（EBSD）分析相组成与晶粒取向；扫描开尔文探针力显微镜（SKPFM）测定微区电位差；通过ISO 10993-5标准评估细胞毒性；采用DCFH-DA荧光法量化活性氧（ROS）水平。

【微观结构特征】
热轧态合金呈现η-Zn基体与ε-CuZn₅
/ZnSe相的复合结构，动态再结晶（DRX）使晶粒细化至2.23 μm。值得注意的是，Cu/Se溶质原子在晶界处富集形成强化屏障，透射电镜显示ε-CuZn₅
相与基体呈半共格关系，这些特征为后续力学性能提升奠定基础。

【力学与降解性能】
合金屈服强度达215±3 MPa，断裂延伸率12.1%，硬度86.4 Hv，成功克服了锌合金的加工软化缺陷。在Hanks溶液中，ZnSe相与基体间320 mV的电位差加速了降解（56.2 μm/y），降解产物中检测到具有抗癌潜力的Na₂
SeO₃
。

【生物功能验证】
抗菌实验显示3.23 mm抑菌圈和50 CFU的极低细菌存活率，显著优于纯钛。更关键的是，25%浓度提取物使MG63骨肉瘤细胞存活率<50%，而正常成骨前体细胞MC3T3-E1活性保持80%以上。ROS检测证实Se⁴⁺
通过诱发氧化应激选择性杀伤肿瘤细胞。

这项研究的突破性在于：首次通过CuSe合金化策略解决Zn-Se难相容问题；创制出同时满足力学支撑、可控降解和肿瘤治疗需求的多功能材料；揭示了Se⁴⁺
通过ROS通路靶向抗癌的机制。该合金不仅适用于骨肿瘤切除后的缺损修复，在血管支架、口腔种植体等领域同样具有应用前景。未来通过表面改性进一步优化骨整合性能后，或将开创可降解金属植入物治疗恶性骨疾病的新范式。