中国粉体网讯  人类的骨质流失是一个普遍的问题。无论是疾病、创伤，还是仅仅是因为数十年的磨损，每年大约有220万例涉及骨移植的骨科手术。

自体移植（从患者自身身体取出的组织）由于其卓越的愈合能力和较低的并发症风险，在许多手术中通常比合成移植更受青睐。然而，在某些特定情况下（下文将详细描述），合成移植是更优先的选择。

迄今为止，合成骨替代物主要用于较小且较简单的移植需求。天然骨骼复杂的纳米结构使其既坚固又有弹性。到目前为止，用合成骨实现这种特性组合一直很困难，但澳大利亚悉尼大学的研究人员最近取得的突破为制造替代骨骼的使命树立了一个新的里程碑。

天然骨移植的局限性。首先，获取供体骨需要第二个手术部位，这使得感染的风险加倍。而且，从某些部位只能获取有限的供体骨，限制了通过这种方式治疗的损伤程度。此外，也可以从另一个供体获取额外的骨头，但这带来了排斥反应的可能性。正因如此，在某些情况下更倾向于使用合成骨替代品。但合成骨也并非没有自身的挑战。

人体骨组织中的纳米级结构是其机械强度和耐用性的关键。天然骨由胶原的有机相和羟基磷灰石纳米晶体的无机相组成。这两个相交织在一起，胶原蛋白提供结构和弹性，而羟基磷灰石纳米晶体提供强度。

骨替代品的生产方式多种多样，从静电纺丝到3D打印。在各种骨替代材料中，磷酸钙由于其生物相容性和与羟基磷灰石的相似性而被广泛使用。然而，它们的机械强度低，并且通常不擅长促进骨诱导，即诱导干细胞移入并产生新的骨组织。

天然骨具有复杂的纳米级结构，这在合成骨替代品中难以实现。因此，磷酸钙通常不能促进骨诱导。但对多孔磷酸钙移植物的研究表明，微米级和亚微米级孔隙对材料的骨诱导能力有显著影响。

目前磷酸钙制备方法不能系统地、可重复地将这些微结构特征结合到材料中。因此，悉尼大学的研究人员在他们的研究报告中写道，“关于微孔或亚微米级特征的具体结构，目前没有量化或可靠的共识可以诱导骨诱导。”而他们的新加工方法克服了这一障碍。

在悉尼大学，由生物医学工程教授兼创新生物工程培训中心主任Hala Zreiqat领导的研究人员开发了一种3D打印方法，用于制造纳米结构的磷酸钙。

3D打印合成骨模仿自然骨中的主要部分——骨小梁的特写

他们将平均尺寸为5纳米的磷酸钙骨前成核簇以高达80%的重量比融入一种可打印的透明树脂中。然后，利用双光子聚合技术以300纳米的分辨率进行3D打印，实现了前所未有的细节。

为了最大限度地减少烧结过程中的收缩，研究人员尝试将结构浸入模拟体液中，以诱导磷灰石的形成。在模拟体液中形成的纳米晶体磷灰石预先填充了结构孔隙，并在烧结前增加了材料体积，从而起到了致密化助剂的作用。

研究人员在论文中总结道，使用这种制造方法将允许对磷酸钙中潜在的骨诱导机制进行系统的研究。最终，“这些进展有望产生可重复的、具有成骨诱导能力的磷酸钙，能够可靠地连接临界尺寸的骨缺损；而这一成就目前还无法通过现有的磷酸钙陶瓷实现”，他们写道。

除了能够诱导骨形成之外，磷酸钙可靠的纳米级制造预计将增加其机械强度。因此，这项新技术也可以解决磷酸钙的脆性问题，使其可以用作较大骨段的移植体。

The paper, published in Advanced Materials, is “Bioinspired nanoscale 3D printing of calcium phosphates using bone prenucleation clusters” (10.1002/adma.202413626).

参考来源：

美国陶瓷学会官网

（中国粉体网编辑整理/青黎）

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