通过纳秒脉冲激光烧结增强增材制造镍钛金属植入物上纳米结构NiTi/羟基磷灰石涂层的成骨细胞活性

摘要： 背景：镍钛（NiTi）基金属植入物在骨再生中的骨诱导性能主要取决于其表面成分和形貌。连续模式激光烧结常导致材料完全熔化及颗粒团聚，且缺乏对传热的控制，同时纳米复合材料在烧结过程中会发生微观结构变化。 方法：本研究采用原位直接激光沉积技术，以镍粉和钛粉为原料增材制造三维NiTi结构。NiTi的力学性能已被证实与骨相似。随后利用纳秒脉冲激光烧结工艺，通过对预涂覆于三维NiTi基底上的镍、钛和羟基磷灰石（HA）纳米颗粒混合物进行超快激光加热与冷却，制备出具有纳米多孔复合表面的NiTi合金与羟基磷灰石复合材料；添加HA旨在提升合金的生物相容性。我们进一步研究了NiTi/HA纳米复合材料的形成机制，以及烧结HA组分与复合涂层纳米多孔形貌的协同效应。此外，还检测了成骨细胞在NiTi/HA表面的活性，通过观察成骨细胞形态及多种生物标志物来评估细胞活性与功能。 结果：研究发现，纳秒脉冲激光烧结产生的纳米级孔隙及HA组分对成骨细胞分化具有积极促进作用，表现为胶原和碱性磷酸酶表达增加——这两者均为成骨细胞矿化所必需。此外，我们观察到某些形貌复杂性似乎能增强成骨细胞活性，包括肌动蛋白细胞骨架结构和黏附结构的增加。 结论：这些发现表明，脉冲激光烧结法是制备具有理想成分和形貌的生物相容性涂层（用于复杂合金-复合材料体系）的有效工具。本研究也为骨科和骨再生应用中烧结纳米复合涂层的骨诱导行为提供了更深入的理解。