DLP 3D打印制备CaSiO3掺杂3Y-ZrO2陶瓷的结构、力学及生物学性能研究

推荐：本研究针对钛基牙科植入体存在的美观性差、离子释放风险等问题，采用数字光处理（DLP）3D打印技术制备CaSiO3掺杂的3Y-ZrO2陶瓷。通过优化浆料流变性（180 mPa·s）和70 wt%陶瓷含量，实现抗压强度提升35%（1442 MPa）、抑菌率超93%（大肠杆菌），细胞活性保持90%以上，为个性化生物陶瓷植入体开发提供新策略。

　　

在牙科修复领域，钛合金植入体长期占据主导地位，但其灰暗色泽可能影响美观，且存在钛离子释放引发过敏反应的风险。随着患者对美学需求的提升，具有天然牙色外观的氧化锆材料逐渐受到关注。然而，传统氧化锆植入体面临力学性能不足、生物活性有限等问题，而减材制造工艺又导致材料浪费和机械完整性下降。针对这些挑战，由Harran University和TüSEB资助的研究团队创新性地将数字光处理（Digital Light Processing, DLP）3D打印技术与硅酸钙（CaSiO₃）掺杂策略相结合，开发出兼具优异力学性能和生物相容性的氧化锆基牙科植入体，相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

研究采用DLP光固化技术，通过优化含70 wt%纳米陶瓷粉体（20 nm 3Y-ZrO₂和200 nm CaSiO₃）的浆料流变参数（粘度180 mPa·s），实现高精度成型。结合阶梯式烧结工艺（最高1500°C）和多项表征技术，系统评估了材料性能。

材料表征
X射线衍射（XRD）显示随CaSiO₃掺杂量增加至5 wt%，次生相ZrSiO₄和单斜相ZrO₂分别达30.1%和20.2%，扫描电镜（SEM）证实掺杂后晶粒尺寸从0.45 μm增大至1.2 μm。

力学性能
5 wt%掺杂样品展现显著增强效果：抗压强度从1174 MPa提升至1442 MPa，弯曲强度由155 MPa增至210 MPa，断裂韧性从2.13 MPa·m^1/2提高到3.08 MPa·m^{1/sup>，但维氏硬度因次生相存在轻微下降。}

生物学评价
NIH/3T3纤维母细胞实验显示所有样品细胞活性>90%，3-5 wt%掺杂组细胞粘附形态最佳。抗菌测试表明1 wt%掺杂对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）抑制率达99.42%，但对大肠杆菌（Escherichia coli）效果随掺杂量增加略有降低。

结论与意义
该研究证实DLP成型CaSiO₃掺杂3Y-ZrO₂能同步提升力学性能（断裂韧性+45%）和生物活性，其抑菌特性与生物相容性的平衡优化为重要创新点。通过实现仅12.8%的线性收缩率和复杂结构成型能力，为个性化牙科植入体制造提供新范式。后续需开展长期体内研究验证临床适用性，但已为第三代生物活性陶瓷植入体的开发奠定重要基础。