Ti-6Al-4V/58S生物活性玻璃复合材料通过增材制造促进骨整合的体内研究

本研究通过选择性激光熔化(SLM)技术制备Ti-6Al-4V/58S生物活性玻璃(BG)复合材料植入体，系统比较了涂层法(BG-coated)与掺杂法(BG-doped)对骨整合的影响。动物实验显示两种BG处理方式在术后4周均显著提升骨接触率(BIC)和骨密度(BD)，其中涂层组效果更优；但12周后各组差异无统计学意义。研究为3D打印生物医用植入体的BG整合方法提供了重要依据。

　　

材料与方法创新

采用选择性激光熔化(SLM)技术制备三类植入体：纯Ti-6Al-4V组(Implant I)、BG涂层组(Implant II)和BG掺杂组(Implant III)。创新性地使用喷雾热解法合成58S BG粉末(60 mol% SiO₂，35 mol% CaO，5 mol% P₂O₅)，涂层组通过浸渍法形成约25 μm厚BG层，掺杂组则将0.25 wt% BG与钛合金粉末混合。植入体设计复刻商业ITI 033.512S种植体规格，直径3.3 mm，长度10 mm。

动物实验设计

4只新西兰兔随机分为4周和12周两组，每组植入8枚种植体（4枚纯钛/2枚涂层/2枚掺杂）。通过组织学切片分析，定义螺纹间区域为感兴趣区(ROI)，使用ImageJ软件量化BIC（骨-植入体接触长度百分比）和BD（ROI内骨面积百分比）。统计采用ANOVA和Spearman相关性分析。

早期骨整合优势

术后4周数据显示：BG涂层组BD(68.06%)和BIC(67.05%)显著高于纯钛组(15.59%,13.58%)（p<0.0001）。SEM显示涂层组表面形成均匀的羟基磷灰石(HA)层，而掺杂组因BG分布不均出现"高BIC低BD"现象。离子释放实验证实58S BG能快速释放Ca²⁺、SiO₄^4-等促骨生成因子。

长期效果趋同

12周时纯钛组BD(64.30%)反超涂层组(44.79%)，组织学观察到涂层组周围出现气泡状空白区。推测BG溶解释放的碱性离子导致局部pH升高，抑制后期成骨。相关性分析显示4周时BD-BIC相关性达+0.96，而12周降至+0.64，反映骨再生模式从表面依附转向空间填充。

技术瓶颈与展望

研究揭示BG掺杂面临颗粒分布不均的挑战，建议优化SLM打印参数（如170W激光功率/1250mm/s扫描速度）和添加胶原粘结剂。未来需开发pH中性BG配方，并延长观察周期至24周以评估骨改建。推拿测试数据显示各组抗拔出强度无显著差异，证实机械性能不受BG添加方式影响。

临床转化价值

该研究首次系统比较3D打印植入体中BG整合方式的时空效应，证实涂层法在早期骨整合的优越性，为定制化骨科植入物的表面改性提供新思路。但需注意BG的"双刃剑"效应——短期促进成骨但可能阻碍长期稳定性，这为下一代生物活性材料开发指明优化方向。