在生物（wù）材料科學的前（qián）沿，3D打印技術以其（qí）革命性的優勢，正塑造著新一代生物醫用支架的設（shè）計和製造。這些支架不僅需展（zhǎn）現（xiàn）出卓越的生物相容性和生物（wù）活性，而且必須能夠精確地在體內（nèi）降解（jiě），以促進組織的修複與再生。在眾多潛在材料（liào）之中，鋅基材料因其出（chū）色的生物可降解性和成（chéng）骨潛力而受到越（yuè）來越多的關注。然而，精確調控鋅基支架的降解速率，實時監測其在體內的動態變（biàn）化，以及評估其對組織修複的促進作用，構成了該領域（yù）中尚待攻克的關鍵難題。

       為了（le）解決這些難題，研（yán）究人員（yuán）計劃開發一種3D打印的鋅基（jī）多孔支架，該支架（jià）將通過創新的多尺度結構設計，實現對降解速率的精確控製，並激發並促進骨組織的（de）快速再生。為此，研究團（tuán）隊（duì）采用了微區X射線熒光（guāng）光譜（μ-XRF）技術（shù），對鋅（xīn）基支架的降解行為和成骨效果進行了全麵的分（fèn）析和監測。

       XRF技術以其卓越的高靈敏度和（hé）高空（kōng）間分辨率，在此次研究中扮演了至關重要的（de）角色。它（tā）能夠無損（sǔn）地檢測和映射支（zhī）架及其周圍組織中的元素分布，包括鋅（Zn）和鈣（Ca）等（děng）關鍵元素。這些元（yuán）素的分（fèn）布情（qíng）況直（zhí）接（jiē）關聯著支架的降（jiàng）解行為和新骨組織的形成。通過XRF技術，研（yán）究者能夠在不同時間點對支架進行動態監測，觀察並記錄（lù）鋅和鈣元素濃度的實時變化。

▲鋅-鋰（Zn-Li）多孔支架在3天和（hé）3個月時的橫截麵圖像（xiàng）(SEM),3個月時Zn-Li多孔支架金屬部分的Micro-CT二維截麵（miàn）和三維重建。

       上圖展示了鋅-鋰（Zn-Li）多孔支架（jià）在大鼠股骨中（zhōng）的體內降解行為的微區XRF圖像。圖（tú）像中，BCC和G分別指代體心立（lì）方（Body-Centered Cubic）結構支架和Gyroid結構支架；3D、1M、3M分別指代植入後3天、1個（gè）月、3個月的時（shí）間節點。

▲鋅-鋰（Zn-Li）多孔支架代表性橫截麵（miàn）的鋅（Zn）、鈣（Ca）分布色度圖（tú），由Bruker M4+ Tornado 微區（qū）XRF檢測。

       這些色度圖提供了關於鋅（Zn）、鈣（Ca）元素（sù）分布的可視化信息，直接反映了支架的降解狀態和新骨組織的形成過程。在植入後的3天，2種（zhǒng）支架支柱在骨缺損區域（yù）均保持著完整的輪廓，然而，μ-XRF已經檢測到鋅信號（以藍紫色表示）在孔（kǒng）隙區域和缺損區域邊緣的分布，這一現（xiàn）象表明支架已經開始了早期的生物降解。到了1個月（yuè）時，BCC結構支架（jià）出現了嚴重的降解（jiě）現象，部分孔（kǒng）隙被降解產物完全填充；而G結構支架則顯（xiǎn）示出更加均勻的降解特性。此（cǐ）外，在G結（jié）構支架的孔隙區域中檢測到了鈣（Ca）信號，這表明了礦化（huà）基質（zhì）的形成。到（dào）了3個（gè）月時，BCC結構支架（jià）的降解雖然顯著但並不均（jun1）勻（yún），部分支柱已（yǐ）經完全降解，而其他（tā）支柱則（zé）沒有。通過3D重建的體內樣（yàng）本（běn）可以清晰地觀察（chá）到（dào）這種崩（bēng）塌的形態。相比（bǐ）之下，G結構支架（jià）的降解模式雖（suī）然從均勻變為局部化，但其金屬部分仍然保持完整。更重要的是（shì），大（dà）量新骨組織已經生長進（jìn）入G結構支架（jià）的（de）相（xiàng）互連接的孔隙區域，而BCC結構支架在礦化基質沉積方麵（miàn）仍處於早期階段。因（yīn）此，G結構支架在材料生物降（jiàng）解（jiě）和骨再生（shēng）之間的匹配性優於BCC結構支架。

       微區（qū）XRF技術的應用不僅加深了我們對3D打印鋅基多孔支（zhī）架降解行為和成骨效果的理解，而且（qiě）為設計新（xīn）型生物醫用材料提供了一種強有力的分析（xī）工具。通過精（jīng）確的元素分析和動態監測，XRF技術為（wéi）生（shēng）物材料的研究和開發開辟了（le）新的視野，為（wéi）個性化醫療和精（jīng）準（zhǔn）醫療的發展提供了推動力。

參考（kǎo）文獻：

Li S, Yang H. Multiscale architecture design of 3D printed biodegradable Zn-based porous scaffolds for immunomodulatory osteogenesis. Nat Commun. 2024;15:3131. doi:10.1038/s41467-024-47189-5.

微區（qū）X射線熒（yíng）光光譜技術

微區X射線（xiàn）熒光元素分布成像技術（shù）是對不均勻、不規則、大樣（yàng）品甚（shèn）至小件樣品和包裹物進行（háng）高靈（líng）敏度、非破壞性（xìng）元素成像分析的方法，涉及領域（yù）包含生物金屬材料、非金屬（shǔ）材料、生物組織切片、醫療器（qì）械等。