北京大学第三医院李危石教授团队发表力学适配骨植入物研究成果

摘要：3月4日，北京大学第三医院骨科李危石教授团队在Nature Communications上发表了题为“A metamaterial scaffold beyond modulus limits: enhanced osteogenesis and angiog

本刊讯（通讯员姚永玲）3月4日，北京大学第三医院骨科李危石教授团队在Nature Communications上发表了题为“A metamaterial scaffold beyond modulus limits: enhanced osteogenesis and angiogenesis of critical bone defects”的研究成果。研究团队发明了一种非线性超材料支架，突破传统的模量匹配范式，骨组织应变的生物力学适配原则，为临床骨修复材料的个性化设计提供了理论支撑。

骨科疾病的手术治疗通常需要使用金属骨植入物。然而，传统钛合金金属植入物的弹性模量（约110 GPa）远高于天然骨组织（0.2~30 GPa），易引发应力屏蔽效应。力学超材料是一种通过人工设计的微结构实现特殊力学性能的新型材料体系，其核心特征在于通过几何结构而非材料成分实现自然界材料不具备的物理特性。基于此，研究团队发明了一种非线性超材料支架（TMS），实现承载过程中两阶段变形，从而解耦了强度和模量的物理限制。该支架的有效模量仅为13 MPa，强度模量比超过1.3，突破了现有多孔金属骨植入物的理论极限。

动物体内植入结果表明，超材料植入物在0.5倍体重载荷下诱导了超过2%的骨痂应变，并且通过参数化设计，该应变可定量化调控。组织形态学分析显示，相比于“模量适配”原则设计的500 MPa和13 MPa多孔结构植入物，非线性超材料的矿化骨面积有效提升了44%和498%。超材料植入物超越了传统的模量匹配范式，优先考虑了骨组织应变的生物力学适配原则。

编辑 | 郑梦莹

责任编辑 | 任嘉霖

审核 | 刘红霞

《中华医学信息导报》2025年6期第9版