在生物材料科學的前沿，3D打印（yìn）技術以其革命性的優勢，正塑造著新一代生物醫用（yòng）支架的設計和製造。這些支（zhī）架不僅需展現出卓越的生物（wù）相容（róng）性和生物活性（xìng），而且必須能（néng）夠精確（què）地（dì）在體內降（jiàng）解，以促（cù）進組織的修複與再生。在眾多潛在材料之中（zhōng），鋅基材料因其出色的生物可降解性和成骨潛力而受到越來越多的關注。然而，精確調控鋅基支架的降解速率（lǜ），實時監（jiān）測其在體內（nèi）的動態變（biàn）化，以及（jí）評估其（qí）對組織修複的促進（jìn）作用，構成了該領域（yù）中尚待攻克的關鍵（jiàn）難題。
為了解決這些難題，研究人員計劃（huá）開發（fā）一種3D打印的鋅基多孔支架，該支（zhī）架（jià）將通過創新（xīn）的多尺度結構設計，實（shí）現對降解速率（lǜ）的精確控製，並激發並促（cù）進骨組織（zhī）的快（kuài）速再生。為此，研究團（tuán）隊采用了微區X射線熒光光譜（pǔ）（μ-XRF）技術，對鋅基支架的（de）降解行為和成骨（gǔ）效果進行了全麵的分（fèn）析和監測。
XRF技術以其卓越的高（gāo）靈敏度和高空間分辨率，在此（cǐ）次研究中扮演了至關重要的（de）角色。它（tā）能夠無損地檢測和映射支架及其周圍組織中的元素分布，包括鋅（Zn）和（hé）鈣（Ca）等關鍵元素。這些元素的分布情況直接關（guān）聯著支架的降解（jiě）行為和新骨組織的形成。通過XRF技術，研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3個月時的橫截麵圖像(SEM),3個月時Zn-Li多孔支架金屬部分的Micro-CT二維（wéi）截麵和三維（wéi）重建。
上圖展示了鋅-鋰（Zn-Li）多孔支架在大鼠股骨中的體內（nèi）降解行為的微區XRF圖像。圖像中，BCC和G分別指代體心立方（Body-Centered Cubic）結構支架和（hé）Gyroid結構支架；3D、1M、3M分別指代植入後3天、1個月（yuè）、3個月的（de）時間節點。
▲鋅-鋰（Zn-Li）多孔支架代表性（xìng）橫截（jié）麵的（de）鋅（Zn）、鈣（Ca）分布色度圖，由（yóu）Bruker
M4+ Tornado 微區（qū）XRF檢測（cè）。
這些色度圖提供了關於鋅（Zn）、鈣（Ca）元素分布的可視化信息，直接反映了（le）支架的降解狀態和新骨組織的形成過（guò）程。在植入後的3天，2種支架支柱在骨缺損區域均保持（chí）著完整的輪廓，然而，μ-XRF已經檢測到鋅信號（以（yǐ）藍紫色表示）在孔隙區域和缺損區域邊緣的分布（bù），這一現象表明支架已經開始了早期的生物降解。到了1個（gè）月時，BCC結構支架出（chū）現了嚴重的降解現象，部分孔隙被降解產物（wù）完全填充；而G結構支架則顯示出更加均勻（yún）的降解特（tè）性。此外，在G結構支（zhī）架的孔隙區域中檢測到了鈣（Ca）信號，這表明了礦化基質（zhì）的形成。到了3個月時，BCC結構支（zhī）架的降解雖然顯著但並不均勻，部分支柱已經完全降解，而其他支柱則沒（méi）有。通（tōng）過3D重建的體內樣本可以清晰地觀察到這種崩塌的形（xíng）態。相比之（zhī）下，G結構支架的降解模式雖然從均勻變為局部化，但其金（jīn）屬部分仍然保（bǎo）持完整。更重要的是，大量新骨組織已經生長進入G結構支架（jià）的相互連（lián）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（duàn）。因（yīn）此，G結（jié）構支（zhī）架在材（cái）料（liào）生物降解（jiě）和骨再生之間的匹配性優於BCC結構支架。
微區XRF技術的應用不僅加深（shēn）了我們對3D打印鋅基多孔（kǒng）支架降解行（háng）為和成骨效果的理解，而且為設計新型生物醫用材料提供了一種強有力的分析工具。通過精確的元素分析和動態監測，XRF技術為生物材料（liào）的研究和開發開辟了新的視野，為個性化醫（yī）療和精準醫療的發展提供了推動力。
參（cān）考文獻：
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X射線熒光光譜技術
微區X射線熒光元素分布成像技術是對不均勻、不規則、大樣品甚至小件樣（yàng）品和包裹物進行高（gāo）靈敏度、非破壞性元素成像分析的方法，涉及領域包含生物金屬（shǔ）材料、非金屬材料、生物組織切片、醫療器械等（děng）。
