清华大学温鹏研究团队采用增材制造技术制备的可降解镁合金骨植入物取得里程碑式的突破！该团队成功研制了多孔结构镁合金骨填充植入物并在北京大学第三医院（以下简称“北医三院”）获得临床研究许可，开创了全球范围内增材制造可降解镁合金多孔骨修复体临床应用的先河！可降解镁合金骨植入物具有全结构稳定支撑，有效固定应力传导，可控降解促进骨再生等优势，有望成为修复骨缺损治疗新方案，消除传统不可降解植入物长期存留体内的隐患。目前，该植入物已成功应用于超30例骨缺损修复案例，临床治疗疗效显著，为广大骨缺损患者带来福音。

为进一步验证其广泛适用性与长期效果，温鹏研究团队正携手北医三院、朝阳医院及顺义医院开展多中心临床研究，推动开发骨缺损修复的个性化诊疗方案，引领骨科治疗的新趋势。

01 技术破局 骨科植入物迎来破题新思路

随着人口老龄化趋势加剧，骨科疾病发病率攀升，据统计我国患有骨科疾病造成骨缺损或功能障碍的患者超过600万人，实际使用骨缺损修复材料进行治疗的骨科手术约为133万例/年，庞大的市场需求推动骨修复材料向多元化发展。

增材制造技术为精准修复骨缺损提供了新的技术路线，将生物可降解金属与增材制造相结合，制备具有“生物活性可降解”及“定制化结构”特性的个性化骨科植入物是未来骨缺损治疗的发展趋势。基于镁合金的性能优化和结构设计难题，清华大学温鹏研究团队开展了一系列创新研究，专注于定制化可降解镁合金骨科植入物的开发，为骨组织修复提供了全新的治疗方案。

02 清华引领 镁合金骨科植入物研发再获新突破

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.02.020

清华大学温鹏教授、北医三院田耘主任、北京大学郑玉峰教授等多位该领域专家在Bioactive Materials上联合发表研究论文“Biodegradable magnesium alloy WE43 porous scaffolds fabricated by laser powder bed fusion for orthopedic applications: Process optimization, in vitro and in vivo investigation”，该研究采用增材制造技术成功制备了具有定制化宏微观结构的WE43生物可降解镁合金多孔支架，阐明了增材制造WE43镁合金多孔支架微观组织形成机理，研究了WE43多孔支架微观组织对细胞相容性，体内外的降解行为和体内成骨的能力的影响。

图1：本文的研究概要

由于镁材料对氧化、蒸发、热膨胀、粉末附着和流动性等易感性高，因此在增材制造工艺中高温环境、快速加热和冷却过程以及粉末附着等问题都加剧了镁材料加工的难度和复杂性；且在工艺优化和成形质量方面，LPBF成形WE43的工艺窗口远小于Ti、Fe等合金，因此研究团队采用了定制化能量配合尺寸缩进扫描策略的优化工艺（主要包括激光功率、扫描速度和偏移间距的优化），解决了使用LPBF工艺制备WE43镁合金时，激光能量输入高会导致尺寸成形误差大，降低能量又会造成未熔合缺陷的难题，同时兼顾了成形质量和制件的熔合质量，对已制备的WE43多孔支架的微观结构、力学性能、生物相容性、生物降解性和成骨效果进行了表征。

图2：不同杆径多孔支架的外观和横截面照片以及支架横截面致密度和孔隙率误差：(a–d)300μm,(e–h)400μm,(i–l)500μm

实验结果表明：

使用铂力特BLT-S210设备打印的WE43生物可降解镁合金多孔支架在采用优化工艺后，多孔支架内部致密，没有气孔和未熔合缺陷，表面粗糙度较低，不同杆径截面致密度均超过99.5%，设计孔隙率和实际孔隙率的误差低于10%，成功实现了WE43镁合金多孔支架的高质量激光增材制造，在临床应用领域展示出了巨大的发展潜力和市场前景。

此外，该研究团队针对可降解镁合金骨科植入物，展开了一系列深入且全面的分析，旨在加速其从基础研究向临床实践的转化进程。研究项目细致探究了高温氧化处理对镁合金植入物表面和内部组织的影响，并创新性地评估了此处理在有效减缓镁合金降解速率方面的潜力。进一步而言，该团队深入研究了高温氧化处理对镁合金植入物表面形貌、硬度、力学性能、细胞活性的影响，这些关键参数的改善直接关系到植入物的生物相容性与功能表现，为评估其生物安全性及促进组织再生提供了科学依据，推动了可降解镁合金植入物材料科学的进步，也为最终实现其在临床医学中的广泛应用奠定了坚实的基础。

目前，清华大学温鹏研究团队研发的增材制造WE43镁合金定制化骨植入物已在北医三院成功迈入临床试用阶段，标志着全球范围内首次实现了增材制造可降解镁合金多孔骨修复体在临床上的突破性应用。该植入物已有效治疗了超30例围关节骨折骨缺损病例。当前，该植入物的多中心临床研究正在北医三院、朝阳医院及顺义医院同步深入进行，以进一步验证其广泛适用性与安全性。

03科研筑基 BLT-S210护航研发尽显才能

在清华大学温鹏研究团队的多项研究中，采用铂力特BLT-S210设备制备试样，助力研发团队在理论模型研究、材料研发、植入物结构优化等方面攻坚克难，为科学研究开辟了新的路径。在该团队展开的系列研究中，BLT-S210设备打印效果稳定，充分发挥了材料适配度高、超低氧含量控制、光学系统及风场控制系统稳定、294项可编辑参数、小平台等优势，全方位满足了团队的科研项目需求。

论文1：Biodegradable magnesium alloy WE43 porous scaffolds fabricated by laser powder bed fusion for orthopedic applications: Process optimization, in vitro and in vivo investigation

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.02.020

论文2：Influence of high temperature oxidation on mechanical properties and in vitro biocompatibility of WE43 magnesium alloy fabricated by laser powder bed fusion

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.08.056

论文3：High temperature oxidation treated 3D printed anatomical WE43 alloy scaffolds for repairing periarticular bone defects: In vitro and in vivo studies

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.09.016

论文4：The effect of pore size on the mechanical properties, biodegradation and osteogenic effects of additively manufactured magnesium scaffolds after high temperature oxidation: An in vitro and in vivo study

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.06.009

论文5：Improving corrosion resistance of additively manufactured WE43 magnesium alloy by high temperature oxidation for biodegradable applications

https://doi.org/10.1016/j.jma.2022.08.009

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