综述：可生物降解TPMS聚合物支架在骨再生中的应用

这篇综述系统探讨了三重周期最小表面（TPMS）支架在骨组织工程（BTE）中的革新应用，重点分析了其仿生结构设计、增材制造（AM）技术及生物可降解聚合物（如PCL/PLA）的协同优势，为优化骨缺损修复的临床转化提供理论依据。

　　

引言

骨骼的复杂层级结构与其生物力学功能密不可分，而传统骨移植材料难以模拟这种特性。三重周期最小表面（TPMS）支架通过数学几何建模，精准复现了骨小梁的零平均曲率特征，结合高孔隙率与力学强度，成为骨再生领域的新兴策略。

支架设计的关键要素

理想的骨支架需平衡四大核心特性：

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  层级孔隙结构：允许营养扩散与细胞迁移，孔隙几何直接影响血管化和成骨分化。

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  表面拓扑：粗糙度调控细胞黏附，如TPMS的螺旋二十四面体（Gyroid）结构可促进成骨细胞增殖。

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  渗透性：流体动力学性能影响代谢废物清除，TPMS的贯通孔道优于传统随机多孔结构。

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  降解匹配：生物可降解聚合物（如PLA/PCL）需与新生骨生长速率同步，避免酸性副产物堆积引发炎症。

材料进化：从惰性到智能降解

早期钛合金和羟基磷灰石（HA）支架因不可降解面临二次手术风险。新一代材料体系包括：

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  镁合金：释放Mg²⁺促进成骨，但过快降解导致氢气泡和机械失效；

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  β-磷酸三钙（β-TCP）：虽具骨传导性，脆性限制其负载应用；

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  合成聚酯：通过共混HA纳米颗粒或胶原改善酸性降解，临床案例显示其可吸收接骨板已成功用于颌面修复。

增材制造的技术革命

熔融沉积成型（FDM）和立体光刻（SLA）技术可精确控制TPMS的孔径（300-800μm）和曲率。例如，Gyroid结构的压缩模量达120MPa，接近松质骨力学需求，而金刚石（Diamond）构型则展现更高抗疲劳性。

未来挑战与方向

当前瓶颈在于：

1. 1.

   制造精度：纳米级陶瓷涂层与聚合物复合需突破现有打印分辨率；

2. 2.

   动态监测：开发降解示踪技术以评估体内性能；

3. 3.

   绿色制造：减少光固化树脂的有机溶剂残留。

结论

TPMS支架通过“结构-功能”一体化设计，为个性化骨再生开辟新路径。下一步需开展大动物长周期实验，验证其负载条件下的成骨效能，推动从实验室到手术室的跨越。