在人体的骨骼世界里，骨头虽有着强大的自我修复能力，但遇到较大的损伤时，比如损伤大小超过骨缺损的临界尺寸，就难以自行愈合了。像骨折、疾病和感染这些情况，都可能给骨头带来严重的伤害。传统的骨修复方法，如骨自体移植和异体移植，存在不少问题。异体移植可能引发疾病传播和免疫排斥，自体移植则在感染区域有并发症风险。因此，寻找更有效的骨修复方法迫在眉睫，骨组织工程（Bone Tissue Engineering，BTE）应运而生。
在此背景下，研究人员开展了一项关于 3D 打印光交联丙烯酸（Photo Crosslinking Acrylic，PCA）/ 纳米氧化锌（nano Zinc Oxide，nZnO）生物复合材料用于骨组织工程的研究。该研究成果发表在《Bioprinting》上。这项研究对解决骨修复难题意义重大，其成果有望为骨感染治疗提供新的有效方案。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先是立体光刻（Stereolithography，SLA）技术，它能以 3D 模型为基础，通过 UV 辅助光聚合液态单体，逐层制造出复杂的结构，用于制备纳米复合材料。此外，还采用了多种检测技术，如傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）等，用于分析材料的化学、形态和热学性能；通过机械测试（拉伸、压缩和弯曲试验）评估材料的力学性能；利用体外生物活性测试和体内生物相容性测试，分别在模拟体液（Simulated Body Fluid，SBF）和动物模型（兔子）中研究材料的生物学特性。
下面来看具体的研究结果：
- 材料制备与表征：研究人员将 PCA 树脂与不同重量百分比（0.5、1、2 和 4）的 nZnO 机械混合 1 小时，制备出纳米复合材料样本。通过 FTIR 光谱表征复合材料的官能团，发现随着 nZnO 添加量的变化，化学性质有所改变。例如，位于 2953.93 cm−1处的吸收带与 C - H 拉伸有关。
- 力学性能测试：对 3D 打印的纳米复合材料进行拉伸、压缩和弯曲测试。结果表明，在各种加载条件下，含有 1 wt% nZnO 的样品表现出最高的强度值。这说明适量添加 nZnO 能够有效增强复合材料的力学性能。
- 形态学和热学分析：使用 SEM 观察材料的微观结构，DSC 测试材料的热性能，进一步了解材料的特性，为评估材料是否适合骨组织工程应用提供更多依据。
- 体外生物活性：将 3D 打印的含 1 wt% nZnO 的多孔支架浸入 SBF 中，评估其生物活性。生物活性是指支架植入生物介质后，在其表面发生一系列化学反应，促进羟基碳酸磷灰石（Hydroxycarbonated Apatite，HCA）生长的能力。该支架在体外表现出良好的生物活性，这对于促进骨组织的修复和再生具有重要意义。
- 体内生物相容性：选用 10 只成年雄性兔子作为动物模型，将 3D 打印的多孔支架植入兔子的左桡骨。术后通过 X 射线观察桡骨缺损的愈合情况，进行组织学分析。结果显示，该支架具有较好的体内生物相容性，有利于骨组织的修复和再生。
综合上述研究，研究人员得出结论：3D 打印的基于 PCA 树脂增强 nZnO 的多孔支架，在力学性能和生物学性能方面表现出色。含有 1 wt% nZnO 的样品在力学测试中展现出最佳强度，多孔支架在体外具有良好的生物活性，在体内具有较高的生物相容性，高成骨特性使其成为骨感染治疗的有前景且有效的候选材料。
这项研究为骨组织工程领域带来了新的希望和方向。它不仅解决了传统骨修复方法存在的部分问题，还为未来开发更高效、更安全的骨修复材料提供了理论依据和实践参考。同时，也为其他相关领域的研究提供了思路和借鉴，推动了生物医学材料领域的进一步发展。
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