Nat Commun丨超1 GPa强度促成骨可降解锌合金

本研究针对临床中高负荷承重骨修复所用钛合金植入物存在的“应力遮挡”、异物反应及二次手术风险等问题，旨在开发一种兼具高强度与优异成骨活性的可降解金属材料。研究团队在Zn-0.8Li-0.1Mn（ZLM）三元合金基础上，通过添加微量稀土元素钇（Y），设计了Zn-0.8Li-0.1Mn-0.5Y（ZLM-0.5Y）四元合金。该合金通过形成“双峰晶粒结构”实现复合强化，抗拉强度达772 MPa，弯曲强度达1207 MPa，接近医用钛合金水平。同时，YZn12相作为“电位缓冲”，构建三电极系统，精准控制锌离子释放速率，确保降解过程缓慢均匀，维持促成骨的离子浓度窗口。大鼠股骨缺损模型实验表明，ZLM-0.5Y植入物在术后一个月的新骨形成体积和骨面积比均为钛合金对照组的两倍，展现出显著的促成骨能力。转录组学分析揭示，其机制在于锌离子激活Rap1信号通路，进而增强成骨细胞黏附并上调Runx2、ALP、OPN等关键成骨基因表达。结论：该稀土改性锌合金成功实现了力学强度、降解可控性与生物活性的平衡，为可降解金属替代永久性植入物用于承重骨修复提供了可行方案。