(通訊員：李思萌、李妍) 近日，我校珠寶學院先進設計與制造團隊研究的鈦合金增材制造玻璃海綿點陣結構在力學和生物學性能方面取得了重要進展，主要研究了激光粉末床熔融 (LPBF) 制備的Ti6Al4V仿生異構玻璃海綿 (GS) 點陣結構與其他四種傳統點陣結構 (BCC、OCT、Cross和Diamond) 在三種不同孔隙率下的力學和生物學性能對比，相關成果以“Superior Lightness-Strength and Biocompatibility of Bio-inspired Heterogeneous Glass Sponge Ti6Al4V Lattice Structure Fabricated via Laser Powder Bed Fusion”為題發表在國際期刊 《Materials & Design》(IF=7.6)。論文的第一作者為中國地質大學(武漢)珠寶學院博士研究生李思萌，相關研究在先進設計與制造團隊郝亮教授、李妍教授和華中科技大學材料科學與工程學院李冬冬副教授的共同指導下完成。
圖1 文章主要研究內容
研究團隊利用LPBF技術制備了仿生異構GS點陣結構，并設計了三種不同孔隙率(70%、80%和90%)與四種常見的傳統點陣結構 (BCC、OCT、Cross和Diamond) 進行了對比，并通過有限元模擬仿真，計算不同應變條件下不同點陣結構的壓縮變形能力。結果顯示GS點陣結構展示出最好的壓縮強度(58MPa) 和能量吸收能力 (23.84J/cm3)，達到了輕量化 (高孔隙率) 與高力學性能之間的平衡。
圖2 不同點陣結構力學性能組合圖
研究團隊采用CCK-8法、細胞活死染色、細胞骨架染色、實時熒光定量PCR等技術，系統地研究了不同點陣結構的生物相容性及生物學性能，5種點陣結構在細胞毒性、細胞黏附和增殖方面都表現出良好的性能，其中GS點陣結構對成骨分化表現出更明顯的促進作用。GS、BCC和OCT點陣結構有利于新血管生成且能夠調控巨噬細胞向M2型極化進，從而促進組織修復。
圖3 細胞毒性和增殖實驗
本研究提出了一種新型骨科植入物結構，仿生異構玻璃海綿點陣結構，旨在同時實現輕量化、高抗壓強度、優異能量吸收以及良好生物相容性。研究團隊希望在各個性能指標上達到理想的平衡，從而為骨科植入物領域提供新思路。
研究得到了廣東省基礎與應用基礎研究自然科學基金面上項目(項目編號：2024A1515010772)的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113209
據悉，《Materials & Design》(《材料與設計》，影響因子7.6)是由ELSEVIER出版的知名學術期刊，主要刊載有關材料設計的創新性和前瞻性研究，探索材料的結構、性能和加工之間的相互關系。該期刊致力于發表高水平、高影響力的研究成果，推動材料科學與工程領域的發展。該文章是近幾年珠寶學院碩士/博士研究生在M&D雜志持續發表的第五篇論文。
