(通讯员：李思萌、李妍) 近日，我校珠宝学院先进设计与制造团队研究的钛合金增材制造玻璃海绵点阵结构在力学和生物学性能方面取得了重要进展，主要研究了激光粉末床熔融 (LPBF) 制备的Ti6Al4V仿生异构玻璃海绵 (GS) 点阵结构与其他四种传统点阵结构 (BCC、OCT、Cross和Diamond) 在三种不同孔隙率下的力学和生物学性能对比，相关成果以“Superior Lightness-Strength and Biocompatibility of Bio-inspired Heterogeneous Glass Sponge Ti6Al4V Lattice Structure Fabricated via Laser Powder Bed Fusion”为题发表在国际期刊 《Materials & Design》(IF=7.6)。论文的第一作者为中国地质大学(武汉)珠宝学院博士研究生李思萌，相关研究在先进设计与制造团队郝亮教授、李妍教授和华中科技大学材料科学与工程学院李冬冬副教授的共同指导下完成。

图1 文章主要研究内容

  研究团队利用LPBF技术制备了仿生异构GS点阵结构，并设计了三种不同孔隙率(70%、80%和90%)与四种常见的传统点阵结构 (BCC、OCT、Cross和Diamond) 进行了对比，并通过有限元模拟仿真，计算不同应变条件下不同点阵结构的压缩变形能力。结果显示GS点阵结构展示出最好的压缩强度(58MPa) 和能量吸收能力 (23.84J/cm3)，达到了轻量化 (高孔隙率) 与高力学性能之间的平衡。

图2 不同点阵结构力学性能组合图

  研究团队采用CCK-8法、细胞活死染色、细胞骨架染色、实时荧光定量PCR等技术，系统地研究了不同点阵结构的生物相容性及生物学性能，5种点阵结构在细胞毒性、细胞黏附和增殖方面都表现出良好的性能，其中GS点阵结构对成骨分化表现出更明显的促进作用。GS、BCC和OCT点阵结构有利于新血管生成且能够调控巨噬细胞向M2型极化进，从而促进组织修复。

图3 细胞毒性和增殖实验

  本研究提出了一种新型骨科植入物结构，仿生异构玻璃海绵点阵结构，旨在同时实现轻量化、高抗压强度、优异能量吸收以及良好生物相容性。研究团队希望在各个性能指标上达到理想的平衡，从而为骨科植入物领域提供新思路。

  研究得到了广东省基础与应用基础研究自然科学基金面上项目(项目编号：2024A1515010772)的资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113209

  据悉，《Materials & Design》(《材料与设计》，影响因子7.6)是由ELSEVIER出版的知名学术期刊，主要刊载有关材料设计的创新性和前瞻性研究，探索材料的结构、性能和加工之间的相互关系。该期刊致力于发表高水平、高影响力的研究成果，推动材料科学与工程领域的发展。该文章是近几年珠宝学院硕士/博士研究生在M&D杂志持续发表的第五篇论文。