中国科学院上海硅酸盐研究所刘宣勇研究员团队在生物材料国际期刊《Regenerative Biomaterials》发表研究论文，题为Designing a heterostructure of graphite-like layer/TaOx on polyetheretherketone for selective antibacteria and osteogenesis（PEEK表面类石墨/TaOₓ异质结构构建及其选择性抗菌促成骨效果）。研究中，锐视科技IMAGING 100 Micro-CT成像系统用于大鼠股骨样本的术后离体扫描、图像重建及骨参数定量分析，为评价不同表面改性PEEK植入体周围的骨形成情况提供了影像学支持。
聚醚醚酮（PEEK）具有良好的生物相容性和力学性能，但其表面化学惰性使其容易发生细菌黏附，同时对骨组织形成的支持能力有限。针对这些问题，研究团队通过表面改性，在PEEK表面构建了类石墨/TaOₓ异质结构，以期兼顾抗菌性能与成骨能力。
研究首先采用氢等离子体浸没离子注入技术（H-PIII），在PEEK表面形成类石墨导电碳化层；随后利用等离子体同极溅射技术（Ta-PHS）沉积Ta纳米结构，最终形成类石墨导电碳化层/TaOₓ纳米阵列异质结构。
其中，类石墨导电碳化层作为界面导电耦合层，有助于调节TaOₓ纳米阵列的形成，使其分布更加均匀、结构更加致密。同时，TaOₓ中的缺陷相关界面态表现出特定的电荷传输特征，为研究材料与细菌接触过程中的界面电子转移及抗菌机制提供了基础。
体外抗菌实验表明，该异质结构对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有抗菌效果。细菌接触后可观察到界面氧化响应增强，并伴随细菌胞内ATP水平下降。在独立的大鼠股骨骨髓炎模型中，Ta/H-PEEK组还表现出较低的早期植入体细菌负荷。与此同时，体外成骨实验显示，改性后的PEEK表面能够提高MC3T3-E1细胞的增殖活力，并促进大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）的碱性磷酸酶（ALP）活性、胶原沉积及细胞外基质矿化。其中，Ta/H-PEEK组表现出较为明显的促成骨效果。
为进一步评价材料的体内促成骨效果，研究团队建立了非感染条件下的大鼠股骨植入模型，分别植入PEEK和Ta/H-PEEK圆柱形样品。术后6周收集股骨样本，采用锐视科技IMAGING 100 Micro-CT成像系统进行扫描和图像重建，并根据重建数据计算骨体积分数（BV/TV）和骨矿物质密度（BMD），对植入体周围骨组织的形成及矿化情况进行定量分析。如图H中Micro-CT的重建结果显示，与PEEK组相比，Ta/H-PEEK组在植入体相关区域形成了更多新生骨组织。图I和图J的进一步定量分析表明，Ta/H-PEEK组的BV/TV和BMD均高于PEEK组，提示该表面改性有利于促进植入体周围骨形成及矿化。
本研究通过Micro-CT扫描与图像重建，直观呈现了不同材料植入后股骨区域的骨组织形态，并结合BV/TV和BMD等定量指标，对材料的体内骨形成表现进行了比较。该研究展示了IMAGING 100 Micro-CT成像系统在小动物骨植入材料评价中的实际应用，为植入体周围骨组织的影像学观察及骨量、矿化相关指标的定量分析提供了技术支持。
体外成骨评价与体内骨再生：（A）rBMSCs在样品表面培养6 h和24 h后的SEM图像；（B）MC3T3-E1与样品共培养1、4、7天的增殖活力；（C）碱性磷酸酶染色、胶原染色和矿化染色的明场显微镜图片；碱性磷酸酶（D）、胶原（E）、矿化（F）定量分析结果；（G）大鼠股骨缺损植入模型示意图；（H）术后6周的micro-CT重建图像；（I，J）成骨定量分析。*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。
