2022年5月25日，南京航空航天大学、南京大学、江西理工大学和苏塞克斯大学的研究人员在《Ceramics International》上发表题为Fabrication of a zirconia/calcium silicate composite scaffold based on digital light processing的研究论文，报道了制备了一种 ZrO₂/CS（氧化锆/壳聚糖）多孔支架,研究了支架的形态对其综合性能的影响。此外，探讨了CS掺杂对ZrO₂支架生物活性的提高作用，并使用MC3T3-E1细胞评价了ZrO₂/CS支架的生物相容性和评估了ZrO₂/CS支架对细胞增殖和矿化能力的促进作用。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884222018454

  研究简介  

氧化锆和硅酸钙在骨修复中的应用广泛。氧化锆具有出色的力学性能，而硅酸钙具有良好的生物活性。利用数字光处理技术制备了多孔ZrO₂/CS复合陶瓷支架。显微结构分析显示，硅酸钙被嵌入在氧化锆颗粒之间。力学试验表明，连接的硅酸钙颗粒可以提高材料的力学性能，而分散的硅酸钙颗粒会降低材料的力学性能。细胞实验表明，向氧化锆中添加硅酸钙对细胞的增殖和分化有积极影响。体外降解试验表明，随着硅酸钙含量的增加，支架在4周内的质量损失率增加了0.63%到1.42%。此外，支架的降解促进了磷灰石的沉积，有利于支架与活骨的整合。综上所述，与纯氧化锆支架相比，ZrO₂/CS复合支架具有更好的生物相容性，为3D打印骨修复支架提供了潜在的解决方案。

图1 制作过程说明。

图2 (a)坯体TG/DSC曲线，(b)脱脂烧结加热曲线。(读者可参阅本文的网页版本，以了解该图例中有关颜色的解释。)

图3 (a)支架的XRD谱图，(b) ZC30的SEM图，(c) - (e) ZC30样品上Zr、Ca、Si元素的EDS图谱。

图4 (a)未烧结和烧结支架，(b,c)不同放大倍数下支架的SEM图像。标签表示尺寸孔(S_p)和支撑尺寸(S_s)。

图5 (a)代表性应力-应变曲线，(b)支架的平均抗压强度。

图6 (a) CS在支架中的聚集图像;(b)支架的缺陷。

图7  (a)培养1 d后支架上细胞的SEM图像(箭头表示)，a1-a4: ZC0, ZC10, ZC20, ZC30， (b)支架上细胞分布示意图，b1-b4: ZC0, ZC10, ZC20, ZC30(蓝色区域为CS，白色区域为ZrO₂)。

图8 培养4天后支架内表面细胞的激光共聚焦图像。

图9 不同CS添加量对MC3T3-E1细胞在支架上增殖率的影响。数值以mean±SD表示。(n = 3， *p < 0.05)。

图10 成骨分化第7天ALP染色和成骨分化第14天ARS染色图像，(b)支架培养7天后细胞ALP活性，(c)支架培养14天后细胞矿化促进率。

图11 SBF浸泡7、14、28天后支架的SEM图像。

图12 (a)不同时间段浸泡在SBF中的支架失重情况，(b):复合材料支架的降解过程(蓝色区域为CS，灰色区域为ZrO₂)。(读者可参阅本文的网页版本，以了解该图例中有关颜色的解释。)

 研究结论 

通过DLP技术制备的ZrO₂/CS复合支架的实验结果表明，CS的掺杂可以改善复合支架的力学性能、生物活性和生物降解性。CS的掺杂破坏了ZrO₂的晶界，形成了缺陷，从而使复合支架的抗压强度低于纯氧化锆支架。然而，随着CS含量的增加，CS颗粒相互连接，形成稳定的支撑结构，导致复合支架的抗压强度增加。同时，CS在支架表面的覆盖面积增加，提供了细胞粘附的良好位点。

细胞实验结果表明，CS掺杂量越多的支架具有更好的生物活性，有利于MC3T3-E1细胞的增殖和分化。支架在生理缓冲液中浸泡时，支架表面会出现磷灰石沉积，有利于支架与活骨的融合。与此同时，CS的降解和磷灰石沉积共同作用，使4周支架的失重从0.63% (ZC0)增加到1.42% (ZC30)，为调节骨支架的降解速率提供了一种策略。

总结而言，CS掺杂的ZrO₂/CS复合支架具有改善的力学性能、生物活性和生物降解性，因此在骨支架应用中具有潜在的应用前景。