高强度多孔Ti3SiC2陶瓷及骨修复作用研究

多孔生物陶瓷，如磷酸钙和生物玻璃，由于兼具良好的骨传导性和骨结合性，被广泛应用于骨替代材料。然而，相对较低的力学强度限制了其在承重骨缺损部位的应用。因此，开发具有高力学强度及良好骨修复功能的多孔生物陶瓷至关重要。中国科学院金属研究所与东北大学、中国医科大学口腔医院合作，制备了可用于承重骨缺损修复的多孔Ti₃SiC₂支架材料，并探索了其骨整合和骨修复功能的潜在机制。研究结果表明，当孔隙率为62.9%时，多孔Ti₃SiC₂支架的压缩强度~68.12 MPa，远高于目前报道的具有相近孔隙率的磷酸钙、生物玻璃支架。此外，在模拟体液中浸泡后，Ti₃SiC₂支架通过表面形成Si-OH官能团促进磷灰石矿化，从而诱导RAW264.7细胞从M1表型向M2表型的极化，并可促进MC3T3-E1细胞成骨分化。动物体内植入实验进一步证明，Ti₃SiC₂支架通过体内原位生物矿化提高支架的骨整合和成骨再生能力。因此，具有高强度的多孔Ti₃SiC₂陶瓷有望作为承重骨缺损修复材料。

该项工作得到国家自然科学基金项目和兴辽英才计划资助。相关研究结果以“Porous Ti₃SiC₂ceramics with high mechanical strength and improved osteogenic functions via biomineralization”为题，发表于Journal of Materials Science & Technology。其中，徐倩和王舒泽博士生为共同第一作者，王晓辉研究员、李小武教授、张兴研究员为共同通讯作者。

全文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S100503022400183X

图文导读：

图1 Ti₃SiC₂材料矿化示意图及巨噬细胞极化、骨缺损修复结果

图2 不同孔隙率多孔骨植入材料的压缩强度对比

图3 多孔Ti₃SiC₂支架植入兔股骨缺损4周(a, b)和8周(c, d)后的显微CT图像及相关数据分析: (a, c) 空白对照组; (b, d) 多孔Ti₃SiC₂支架; (e) 骨小梁分离度(Tb.Sp)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)分析(黄色代表空白对照组，绿色代表Ti₃SiC₂支架组)。