本网讯 近日，中南大学材料科学与工程学院赵明纯教授团队在金属生物健康材料的3D打印构建及其多功能一体化研究中取得重要进展。相关成果以《纳米氧化锆增强结构功能一体化钛铜复合材料的激光金属沉积生物制造：制备、磨损与生物功能研究》（Unprecedented laser metal deposition (LMD) biofabrication of nano-ZrO2 reinforced structure-function-integrated Ti-Cu composite: fabrication, wear, biofunctionality）为题，发表于复合材料领域顶刊《复合材料B——工程》（‌Composites Part B: Engineering）。材料科学与工程学院2021级硕士研究生王文泽为论文第一作者，导师赵明纯教授为通讯作者，中南大学为论文的第一署名单位及唯一通讯作者单位。

植入材料设计遵循“结构-性能-功能”一体化理念，需满足足够强度、高耐磨与低摩擦特性、高耐蚀性、抗菌性、生物相容性等多重标准。钛合金因其作为可植入材料的广泛应用，突显了其在生物医学领域的重要地位。然而，钛合金对微动磨损比较敏感，常导致植入物在服役过程中过早失效。因此，提升钛合金植入物的耐磨性能对于延长其使用寿命至关重要。

该研究提出利用激光金属沉积（LMD）技术制备“结构-性能-功能”一体化植入材料的理念，巧妙地将纳米氧化锆（ZrO₂）的高硬度与抗菌型Ti-3Cu合金相结合，采用LMD技术成功制备出耐磨自抗菌的3ZrO₂/Ti-3Cu复合材料。研究表明，略低的能量密度可优化3ZrO₂/Ti-3Cu的制备质量；通过参数优化与粉末球形形貌选择，最大限度补偿了纳米ZrO₂在LMD多物理场过程中的热力学特性差异，从而实现了更高致密度。所获“结构-性能-功能”一体化LMDed-3ZrO₂/Ti-3Cu是一种极具前景的新型生物医学植入材料，其特点包括：本征自抗菌性，无需额外涂层；高耐磨性，无需附加耐磨层；弹性模量与人骨范围较适配，以及良好的生物相容性。纳米ZrO₂与富Cu析出相通过以下机制协同提升其性能与功能：一是纳米ZrO₂显著增强材料强度、耐磨性与抗生物腐蚀性能，二是富Cu析出相的接触抗菌作用与Cu离子释放形成协同效应。

该研究为开发“结构-性能-功能”一体化的钛基生物健康材料提供了新思路，涵盖从组成设计到制备技术的全流程创新，构建了“材料设计-制造工艺-性能调控-生物响应”的全链条研究体系，致力于解决植入材料领域力学性能不适配、生物安全性不足及功能单一等共性难题，体现了多学科交叉的创新性与临床转化价值。得益于其卓越性能，该材料有望在生物健康材料领域实现广泛应用。目前，团队正推动该成果从实验室向产品应用的转化。

(一审：韩艳 二审：唐潇珺 三审：王建湘)