摘要：

本研究受天然骨微结构与化学组成启发，在 3D 打印多孔钛合金支架上原位构建了含微量元素的微纳梯度生物活性涂层，该功能表面可通过形貌调控与离子缓释双重机制，自主调控局部免疫微环境，同步驱动血管化、神经化与成骨过程，为智能骨修复植入物的设计提供了新思路。

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研究背景

3D 打印钛合金支架已广泛应用于骨缺损修复，但其表面生物惰性较强，植入后往往难以主动引导组织再生进程。传统表面改性策略多聚焦于单一成骨功能，忽视了骨修复是一个涉及免疫调控、血管长入、神经支配与骨重建的系统性过程，开发能够自调节多重生物学效应的智能植入表面成为该领域的重要方向。

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主要内容

研究团队在喷砂酸蚀预处理的多孔钛合金支架表面，通过水热法原位生长钛酸钙基生物活性涂层，并调控涂层中镁、锶、钾、钠等微量元素的负载与释放。涂层表面兼具微米级粗糙形貌与纳米级结构梯度，一方面通过拓扑结构刺激细胞响应，另一方面通过持续释放的活性离子调控巨噬细胞极化方向，进而联动血管内皮细胞迁移成管、神经相关细胞分化及骨髓基质细胞成骨，实现免疫 - 血管 - 神经 - 骨的协同再生。

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研究设计

研究从材料制备入手，借助扫描电镜、X 射线衍射、能谱分析与 X 射线光电子能谱等手段系统表征涂层的微观形貌、物相组成与元素分布，并通过浸泡实验评估离子缓释行为。随后在细胞层面分别考察巨噬细胞表型转化、内皮细胞成管能力、神经相关标志物表达及成骨分化潜能，并利用转录组测序解析免疫调控的分子机制；最后构建大鼠颅骨缺损模型，结合 Micro-CT、血管灌注造影与多种组织学染色，在体内验证支架的骨修复与神经血管再生效果。

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结果

该功能涂层可显著推动巨噬细胞由促炎表型向抗炎表型转化，同时上调血管生成与神经发生相关因子的分泌。机制研究表明，涂层通过同步激活 PPAR 与 PI3K-Akt-mTOR 两条信号轴实现免疫调控。体内实验进一步证实，搭载该功能表面的支架能够促进支架内部及周围的血管长入与神经分布，并显著提升新骨形成量与骨结合质量。

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思路延伸

将免疫调节、血管化与神经化纳入骨修复支架的一体化设计框架，突破了传统植入物仅聚焦成骨的局限。未来可进一步探索不同离子组合与拓扑结构的协同规律，以及该类自调节表面在更复杂病理条件下的适配性，为下一代智能骨植入物的开发提供更系统的设计依据。

原文来源：

Advanced Composites and Hybrid Materials

Pub Date : 2026-09-26

DOI:10.1007/s42114-026-02095-w

Dongmei Yu, Zhen Tang, Tonglei Yang, Shuo Guo, Shusen Bao, Chenyu Li,    Qi Wu, Changchen Chen, Yingxiang Liu, Xiaokang Li, Hai Huang, Hao Wu,   Zheng Guo

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张工17715390137     陈工18914047343