3D打印生物活性玻璃支架的研发与体内初步研究：具有骨小梁结构的骨再生潜力

本文报道了采用数字光处理（DLP）技术制备多组分CaO-MgO-Na2O-P2O5-SiO2-CaF2体系生物活性玻璃（BG-1d）支架的突破性进展。通过兔股骨植入实验首次证实，该支架具有显著促成骨效应，3个月内可实现渐进性吸收与骨化，为骨组织工程提供了新型可降解植入材料解决方案。

　　

3D打印生物活性玻璃支架的突破性进展

材料设计与制备工艺

研究团队采用数字光处理（DLP）基光聚合3D打印技术，成功制备了具有骨小梁结构的BG-1d生物活性玻璃支架。这种多组分硅酸盐玻璃（46.1SiO₂-28.7CaO-8.8MgO-6.2P₂O₅-5.7CaF₂-4.5Na₂O wt%）通过精确控制打印参数，实现了77.2±0.6 vol%的高孔隙率。创新性地采用25μm轮廓偏移设计，显著提高了支架的机械强度，使其更适合体内植入。

结构表征与性能分析

显微CT分析显示支架具有高度仿生的多孔结构，孔径主要分布在200-800μm范围，平均517±183μm，完全满足骨组织工程对孔隙结构的要求。力学测试表明其压缩强度（1.7-4.8MPa）和弹性模量（70.3±21.9MPa）与人类松质骨相当。通过Gibson-Ashby幂律模型成功建立了相对密度与力学性能的关系，为支架优化设计提供了理论依据。

体内生物学响应

兔股骨植入实验证实了支架的优异生物相容性。组织学分析显示：

• •

  1个月时：支架周围形成层状骨组织，伴有轻微炎症浸润

• •

  2个月时：显著吸收现象，孔隙被编织骨组织替代

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  3个月时：基本完成骨改建，形成成熟的板层骨结构

统计结果显示实验组（支架植入）的骨形成评分显著高于对照组（空白缺损），证实了BG-1d支架明确的促成骨作用。值得注意的是，支架的吸收速率明显快于相同材料的颗粒形式，这与其高比表面积的多孔结构密切相关。

临床转化潜力

这项研究首次报道了光聚合3D打印生物活性玻璃支架的体内实验结果，具有重要临床意义：

1. 1.

   支架的骨小梁结构更接近天然骨组织

2. 2.

   可控的降解速率与骨再生过程良好匹配

3. 3.

   标准化生产工艺确保产品一致性

未来研究可进一步优化支架结构参数，开展更大动物模型的长期观察，并与临床常用材料进行头对头比较，加速其向临床应用转化。这项工作为开发新一代骨修复材料提供了重要技术路线。