香港城大研究人員3D打印超彈性鎳鈦骨支架，柔韌性達6-7%，媲美天然骨

2025年9月4日，南極熊獲悉，來自香港城市大學（CityU HK）的研究人員在再生醫(yī)學領(lǐng)域取得了重要的里程碑。他們成功3D打印出鎳鈦（NiTi）合金骨支架，兼具超彈性、可調(diào)節(jié)的強度和孔隙率。支架形變恢復能力高達6%至7%，而天然骨的形變恢復能力僅為2%至4%，傳統(tǒng)金屬支架的形變恢復能力則不足1%。此外，這些支架可靈活調(diào)整強度、模量和滲透性等特性，以滿足特定的植入部位需求。

研究結(jié)果以題為“Superelastic NiTi scaffolds withextensively tuneable mechanical and mass transfer properties”的論文發(fā)表于《國際極端制造雜志》上。這項工作為開發(fā)用于各種工程應用的高性能人工骨支架和其他多功能超材料提供了寶貴的見解，有望徹底改變骨修復和再生醫(yī)學，為患者和醫(yī)護人員帶來新的希望。

論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2631-7990/adf01e

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人工骨植入物市場正在快速增長，預計到 2030 年市場價值將達到 642.7 億美元。

本文通訊作者、香港城市大學機械工程系講座教授陸建教授表示：“人工骨支架是植入物的重要組成部分，但現(xiàn)有的支架仍未達到理想狀態(tài)。支架作為局部植入物，用于解決局部骨質(zhì)流失問題，必須與植入部位的天然骨特性非常接近。例如，它們應該具備足夠的變形恢復能力，并提供可調(diào)節(jié)的模量、強度和滲透性，以適應植入部位的特性。遺憾的是，傳統(tǒng)的金屬支架尚未達到這些期望?！?/div>

雖然 NiTi 合金因其生物相容性和優(yōu)異的變形恢復能力已在骨植入物、正畸絲、骨板和血管支架中使用了數(shù)十年，但骨支架的復雜拓撲結(jié)構(gòu)對傳統(tǒng)制造方法提出了獨特的挑戰(zhàn)。

3D打印如何解決NiTi骨支架的挑戰(zhàn)

鎳鈦合金是一種生物相容性金屬，具有優(yōu)異的變形恢復能力（也稱為超彈性）。自20世紀末以來，研究人員一直在探索它在植入物中的應用，包括正畸絲、骨板和血管支架。然而，骨支架復雜的拓撲結(jié)構(gòu)對傳統(tǒng)的制造方法提出了挑戰(zhàn)。

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)為制造NiTi支架提供了解決方案。然而，初步研究表明，3D打印NiTi支架的性能控制仍存在困難，實現(xiàn)最佳超彈性和廣泛可調(diào)性能的策略尚不明確。

陸建教授團隊利用激光粉末床熔融技術(shù)，協(xié)同優(yōu)化NiTi支架的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)，獲得具有分級微觀結(jié)構(gòu)和螺旋片狀拓撲結(jié)構(gòu)的支架。

這種設(shè)計增強了可逆馬氏體相變，顯著提高了支架的超彈性。此外，通過調(diào)整體積分數(shù)和晶胞尺寸，實現(xiàn)了廣泛的機械和傳質(zhì)性能，增強了支架的適用性。

“與之前報道的支架相比，我們的超彈性鎳鈦支架更接近天然骨的變形行為，并具有靈活的適應性，能夠滿足不同植入部位的多樣化需求，”論文第一作者、陸建教授的博士生鐘世宇說道?！拔磥淼难芯繉⒅攸c關(guān)注這些支架的生物相容性和耐久性（包括疲勞、腐蝕等），以增強臨床應用?！?/div>