这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：
一、研究团队与发表信息
本研究由Zidi Zhai、Qi Zhong、Fang Qu等共同完成，通讯作者为Jian Sun（上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔修复科）和Chun Xu（上海交通大学口腔医学院）。研究发表于International Journal of Bioprinting（2025年，第11卷第2期），DOI为10.36922/ijb.8146。
二、学术背景
研究领域：生物打印与口腔种植材料。
研究动机：氧化锆（ZrO₂）种植体因弹性模量（190 GPa）与牙槽骨（3 GPa）差异显著，易导致“应力屏蔽效应”（stress-shielding effect），引发骨-种植体界面损伤。功能梯度多孔结构（functionally graded porous structures）可能解决这一问题，而三周期极小曲面（Triply Periodic Minimal Surfaces, TPMS）因其数学可控的连续多孔结构成为理想候选。
研究目标：评估基于TPMS的梯度片状网络氧化锆试样的弯曲性能、生物相容性及渗透性，筛选最适合牙科种植体的结构。
三、研究流程与方法
1. 梯度TPMS结构设计
- 结构类型：选择4种TPMS结构——Schwarz-P（P）、Diamond（D）、Gyroid（G）、I-Wrapped Package（IWP），通过数学方程生成梯度片状网络模型（相对密度30%~100%）。
- 软件工具：使用开源软件MSLattice建模，通过Materialise Mimics计算设计相对密度（RD）。
2. 光固化3D打印（Vat Photopolymerization, VPP）
- 打印参数：ZrO₂浆料固含量>50 vol%，打印后经脱脂和烧结（峰值温度1500°C，2小时）。
- 尺寸补偿：XYZ轴分别放大1.189、1.205、1.294倍以抵消烧结收缩。
3. 力学性能测试
- 四点弯曲试验：每组15个试样（尺寸23×4×3 mm³），依据ISO 6872:2015标准，计算弯曲强度（σ）和韦伯模量（m）。
- 断口分析：SEM观察裂纹起源与扩展路径。
4. 生物学性能评估
- 细胞实验：
- 细胞增殖：大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）培养1/3/7天，CCK-8法检测吸光度（OD450 nm）。
- 基因表达：RT-qPCR检测成骨相关基因（RUNX2、BGLAP、ALPL、COL1A1）。
- SEM观察：细胞在试样表面黏附形态。
5. 渗透性模拟
- CFD分析：通过ANSYS 24.0模拟流体压力分布，计算达西渗透系数（k）。
四、主要结果
结构与打印精度
- 实际相对密度均高于设计值（P结构偏差最大，达25%），SEM显示P和G结构壁厚打印精度较高（偏差<10%），而D和IWP壁厚偏差显著（设计160 μm，实际200 μm）。
力学性能
- 弯曲强度：P结构最低（98.54 MPa），D、G、IWP相近（148–159 MPa）。
- 韦伯模量：P（8.0）和D（9.2）高于G（5.1）和IWP（5.2），表明前两者结构更稳定。
- 断口分析：P结构裂纹扩展不连续，导致强度较低；其他结构裂纹从拉伸侧向压缩侧单向扩展。
生物学性能
- 细胞增殖：P结构第1天OD值最高，但第7天各组无显著差异。
- 成骨基因表达：P和D结构显著促进RUNX2、ALPL等基因表达（p<0.01）。
渗透性
- G结构渗透性最佳（3.31×10⁻⁹ m²），P结构最差（0.65×10⁻⁹ m²），压力分布显示P结构在40–50% RD区域存在流体域突变。
五、结论与价值
科学价值：
- 首次系统评估了梯度TPMS氧化锆的弯曲性能与生物相容性，揭示了结构设计对力学-生物学性能平衡的影响机制。
- 提出Diamond结构兼具高弯曲强度（148.55 MPa）、稳定性和促成骨能力，是功能梯度种植体的优选设计。
应用价值：
- 为个性化牙科种植体的3D打印提供理论依据，尤其适用于需匹配骨弹性模量的临床场景。
六、研究亮点
创新方法：
- 结合VPP打印与TPMS数学建模，实现高精度梯度多孔氧化锆制备。
- 首次将四点弯曲测试与CFD渗透性模拟联合应用于TPMS陶瓷评价。
关键发现：
- 揭示了P结构虽生物活性最佳但力学性能不足的矛盾，而D结构实现了性能平衡。
七、其他价值
- 研究数据可通过通讯作者获取，为后续优化提供基础。资助信息包括国家自然科学基金（82071157）等。
此报告全面涵盖了研究的背景、方法、结果与意义，可作为相关领域研究者的参考。