由创伤、肿瘤、感染引发的大尺寸骨缺损，是临床治疗的重难点。传统骨移植方式各有弊端，而市面上的人工骨修复支架大多无法同时满足力学支撑与生物再生的双重需求，是骨修复材料研发的一大难题。
研究背景
天然存在于人体中的金属离子团簇材料，具备优异的生物降解性、生物相容性与生物活性，在骨、口腔硬组织修复领域应用前景广阔。
但该材料易晶化、结构稳定性差，且生物学机制尚不明确，阻碍了临床落地。中科院金属研究所团队此前已攻克团簇热稳定性调控难题，探明ACZP团簇骨再生机制，为本项研究筑牢技术基础。
螳螂虾仿生思路启发
螳螂虾附肢独特的梯度层状“马鞍”结构，兼具高强度与高韧性，为骨修复材料研发提供了天然仿生灵感。
研究团队以此为灵感，以ACZP为核心功能单元，依托多级组装技术，打造出结构、成分、功能三重仿生的ACZP/CT骨修复支架，构筑出外层高矿化、内层富有机质的梯度结构。
天然螳螂虾“马鞍”结构与仿生ACZP/CT支架制备
多维度实验验证
研究依托多类仪器完成材料表征：扫描电镜（SEM）证实1–2 nm ACZP纳米团簇可组装为250 nm团聚体，形成分层微观结构；傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证ACZP与几丁质结合稳定。60℃热压后，X 射线衍射（XRD）证明支架可稳定维持非晶结构。能谱分析（EDS）、热重分析（TGA）测试证实支架具备梯度矿化特性，外层矿物含量62.02%、内层21.39%。
力学测试系统检测表明，仿生支架弯曲强度160.09MPa、断裂韧性10.08MPa·m¹/²。依靠层间裂纹扩展、纤维撕裂、层间滑移等多重耗能机制，支架兼顾优异强度与韧性。
多维度实验验证支架生物性能：CCK-8实验证明其生物相容性优良；RNA测序、RT-qPCR、免疫组化染色证实支架可激活PI3K-Akt、MAPK、HIF-1信号通路，上调成骨基因与蛋白表达。支架释放Ca²⁺、Zn²⁺，协同促成骨分化与血管生成。动物实验中，通过Micro-CT、组织学染色验证，支架植入6个月后新生骨体积分数达68.39%，骨修复效果优异。
钧研实验室可多方位提供材料表征、力学性能测试、细胞实验、测序分析等相关测试技术支持，助力各位科研人员高效开展骨修复材料、生物材料相关研究，加速科研成果产出与论文发表。
这种基于 ACZP 金属离子团簇作为组装单元构建的 "结构 — 成分 — 功能" 仿生骨修复支架，成功实现了高强度、高韧性与高生物活性三者的有机统一，为大尺寸骨缺损修复提供了具有临床转化潜力的新策略。
相关研究成果发表在《生物活性材料》（Bioactive Materials）上。相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2026.02.001
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