骨骼的复杂性远超人们的想象。它们既轻盈、多孔又坚固——这种组合长期以来一直是工程师和临床医生在尝试替换或修复骨骼时面临的挑战。金属植入物和骨移植仍然是标准解决方案，但它们在体内很少能像真正的骨骼那样运作。
新南威尔士大学堪培拉分校的研究人员正在探索3D打印技术能否弥补这一空白。他们的研究重点是可生物降解的骨支架，旨在更好地匹配骨骼的内部结构和力学响应，而不仅仅是填充缺损部位。
超越统一的脚手架设计
该团队研发出3D打印支架，能够复制天然骨骼的关键特征，包括强度和孔隙率。植入后，这些支架可作为临时支撑，促进新组织的形成，然后逐渐溶解。理论上，这可以减少后续手术的需要。
主要区别在于支架的设计。研究人员没有采用均匀重复的图案，而是采用了随机晶格结构。这种不规则的结构更接近骨骼，骨骼的密度会根据位置和功能而变化。支架采用聚乳酸（PLA）打印而成，PLA是一种可生物降解的聚合物，已在医疗应用领域得到广泛研究。
一种采用3D打印技术制造的随机网状结构，旨在模拟天然骨骼的内部结构。（图片来源：Kaushik Raj Pyla）
在实际条件下进行电阻测试
为了评估性能，研究团队打印了具有不同内部方向的脚手架，包括纵向、横向和对角方向。力学测试表明，这些结构比缓慢稳定的载荷更能承受突发冲击。失效模式也因方向而异，这表明内部结构的作用比之前认为的更为重要。
“在快速受力的情况下，这种材料会变得更脆，但也能更有效地吸收能量。这对于跌倒或事故等现实场景尤为重要，”该研究的主要作者考希克·拉杰·皮拉说道。
为什么血液流动对愈合至关重要
然而，机械强度只是影响愈合效果的一部分。研究人员还考察了体液在支架中的流动情况，这对于愈合至关重要。血液和营养物质必须能够自由循环，才能促进细胞生长和再生。
“我们发现，有些设计在强度和液体循环方面表现特别出色。这表明，可以根据不同骨骼所承受的应力来调整植入物，”皮拉先生补充道。
这些支架尚未准备好用于临床，还需要进行进一步的生物学测试和监管工作。尽管如此，结果表明，骨修复可以采用更多针对特定患者的治疗方案。随着医用增材制造技术的进步，此类研究强调，设计选择与材料选择同等重要。
编译整理：魔猴
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