高分辨率立体光刻技术制备无定形致密机械稳定性生物活性玻璃支架及其骨再生应用

这篇研究首次通过立体光刻技术（SL）实现了13-93生物活性玻璃（BG）的高精度（77 μm）三维打印，克服了传统烧结过程中的结晶难题。通过乙醇湿法球磨获得亚微米级玻璃粉末（d50=0.9 μm），配合光固化复合物（40 vol%固含量）成功制备出孔隙率可调（50%-75%）、力学性能匹配人骨（抗弯强度69±10 MPa）的无定形致密支架。该技术突破为骨组织工程提供了兼具几何自由度与生物活性的新型解决方案，降解行为可通过孔隙率精准调控。

　　

材料与方法
研究采用熔融淬火法合成13-93生物活性玻璃（54.6 mol% SiO₂），通过行星式球磨优化粉末粒径。乙醇湿磨获得最优粒径分布（d₉₀=1.8 μm），显著减少干燥研磨导致的泡沫化缺陷。光固化复合物由40 vol%玻璃粉与丙烯酸酯基粘结剂（含0.5 wt% TPO光引发剂）组成，粘度226 mPa·s（10 s^-1剪切速率）满足立体光刻打印需求。

工艺突破
采用27 μm像素尺寸的DLP打印机成功制备人类松质骨μCT模型，经700°C烧结后实现98%理论密度（2.62 g/cm³），线性收缩率26.6%与理论值高度吻合。拉曼光谱证实烧结体保持无定形特征，仅检测到1334/1591 cm^-1处源自研磨过程的碳sp²杂化峰，XRD未显示结晶相。

性能表征
力学测试显示：实心样品抗弯强度达69±10 MPa（弹性模量0.38 GPa），57%孔隙率松质骨模型压缩强度8.2±2.1 MPa，与人体松质骨（2-12 MPa）相当。体外模拟体液（SBF）浸泡7天后，扫描电镜观察到表面均匀覆盖的针状羟基磷灰石（HCA），Ca/P比1.7±0.2符合理想化学计量比。

降解调控
孔隙率梯度实验揭示：75%孔隙率样品在SBF中硅溶出速率较实体提高300%，pH值跃升更快（3天达7.75）。ICP-OES证实高孔隙支架钙离子释放量增加50%，磷酸根消耗加速，但28天后所有样品HCA结晶相（XRD特征峰2θ=32°）无显著差异。

应用前景
该技术实现的最小特征尺寸77 μm已接近人类骨小梁极限厚度，成功打印出缝合锚钉等医疗器械。通过调整立方晶格参数（支柱宽度85 μm/孔径175 μm），为研究微结构对细胞浸润（>100 μm孔隙）与附着（<100 μm孔隙）的差异化影响提供理想平台。

创新价值
相比传统45S5玻璃（580°C结晶），13-93玻璃的宽烧结窗口（700°C无结晶）解决了生物活性与机械强度的矛盾。碳残留导致的黑色外观经证实不影响HCA形成，反而可能借助石墨烯氧化物促进干细胞生长。该工作为个性化骨修复体设计开辟了新途径。