图1.NC、NP和NF形状的氧化铈涂层宏观/微观粗糙钛合金（TC4）的结构表征。(A)低倍和高倍扫描电子显微镜（SEM）图像。(B)(A)中黄色标记区域的能谱（EDS）光谱。(C)从相应涂层刮下的NC、NP和NF形状氧化铈的透射电子显微镜（TEM）图像，包括明场图像、插入的能谱（EDX）光谱、选区电子衍射（SAED）图案和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像。

图2.(A)铈（Ce）3d的X射线光电子能谱（XPS）峰区分；(B)激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）图像；(C)原子力显微镜（AFM）图像；(D)总抗氧化能力；(E)超氧化物歧化酶（SOD）活性；(F)过氧化氢酶（CAT）活性，测试对象为NC、NP和NF形状的氧化铈涂层（+:阳性对照）。*p<0.05。

图3.RAW264.7细胞在TC4、NC、NP和NF上的表型极化及自由基清除能力：(A)培养3天时RAW264.7细胞中诱导型一氧化氮合酶（iNOS，红色）、分化簇206（CD206，绿色）和细胞核（蓝色标记）的荧光图像，以及(B)iNOS和(C)CD206的相对荧光强度。(D)培养48小时时RAW264.7细胞中活性氧（ROS）和一氧化氮（NO）的荧光图像，以及(E)ROS和(F)NO的相对荧光强度。(G)培养3天时RAW264.7细胞分泌的血小板衍生生长因子-BB（PDGF-BB）和(H)骨形态发生蛋白2（BMP2）的浓度，以及培养3天和7天时分泌的(I)肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和(J)白细胞介素-10（IL-10）的浓度。*p<0.05。

图6.RAW264.7细胞在NF和作为对照的TC4上培养3天后的RNA测序分析，以及对炎症反应抑制作用的验证。(A)火山图，(B)热图，(C)差异表达基因的基因本体（GO）通路富集分析，(D)京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析。(E)差异调节通路的蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析。(F)RAW264.7细胞中炎症相关信号通路的代表性蛋白质免疫印迹。(G)使用KEGG和基因组数据库对调控基因通路进行的富集分析。(H-J)RAW264.7细胞在有和没有740Y-P处理（以NF和TC4为对照）下，诱导型一氧化氮合酶（iNOS，红色）/分化簇206（CD206，绿色）的代表性免疫荧光图像及其相对荧光强度，以及(K)CCR-7和(L)Arg-1的mRNA表达。*p<0.05。

图7.大鼠股骨髁植入螺钉周围组织的荧光染色图像：(A)植入1周时活性氧（ROS）的荧光染色图像；(B)植入1周时CD86（红色）、CD206（绿色）和细胞核（蓝色）的荧光染色图像；(C)植入2周时CD31（绿色）、内皮粘蛋白（Emcn，红色）和细胞核（蓝色）的荧光染色图像。(D)ROS的相对荧光强度和(E)NO水平。(F)CD86、(G)CD206、(H)CD31和(I)Emcn的统计学相对荧光强度。*p<0.05。

图8.大鼠股骨髁植入裸露及纳米涂层TC4螺钉后1、2、4和6周时的骨整合情况：(A)螺钉（白色）周围新形成骨（黄色）的Micro-CT重建图像；(B)螺钉相邻新骨的Masson染色图像；(C)螺钉相邻新骨的VanGieson（VG）染色图像（NB：新骨；BM：骨髓）。(D)重建螺钉周围新骨体积与总面积的定量比值（BV/TV，%）；(E)骨小梁数量（Tb.N，1/mm）；(F)由Micro-CT重建图像计算得到的骨小梁厚度（Tb.Th，1/mm）。(G)Masson染色的骨面积百分比。(H)由VG染色图像计算得到的新骨体积定量百分比（BV，%）以及(I)骨-植入物接触比（BIC，%）。*p<0.05。

新骨形成量化分析：纳米氧化铈涂层（尤其是NF组）在植入后不同时间点显著促进了新骨形成，其骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）和骨小梁厚度（Tb.Th）均显著高于对照组TC4。例如，术后6周时，NF组的BV/TV达到约80%，明显优于其他组（图8A-D）。

涂层效果对比：新骨形成量呈现NF>NP>NC>TC4的趋势，其中NF组在术后4周已形成连续成熟骨，而TC4组仅有少量新骨（图8C-H）。

血管化支持：NF涂层通过促进H型血管（CD31^hi/Emcn^hi）形成，为骨再生提供了有利的血管微环境（图7C-I）。

本研究通过水热法在钛合金（TC4）表面制备了具有清除多种自由基功能的纳米形貌（NC、NP和NF）二氧化铈（CeO???）涂层，其作用相当于纳米酶。纳米CeO???涂层（尤其是NF）通过清除ROS和NO，诱导有利于骨免疫调节和血管化骨整合的M2极化巨噬细胞。体外实验中，纳米CeO???涂层（尤其是NF）在DSS和CM模式下表现出明显的血管再生和成骨作用，CM模式由于M2巨噬细胞分泌的抗炎细胞因子和生长因子而表现出更显著的增强效果。大鼠股骨髁中纳米CeO???涂层TC4螺钉周围组织的炎症、血管生成和成骨情况进一步证实，NF具有骨免疫调节和骨整合功能。其潜在机制是NF抑制了在巨噬细胞极化中起关键作用的巨噬细胞PI3K-AKT信号通路。总之，具有清除多种自由基功能的纳米CeO???涂层有助于免疫调节和随后的骨整合，为骨植入物的表面结构和化学设计提供了有前景的思路。

[1]ShusenBao,DongmeiYu,ZhenTang,etal.Conformationallyregulated“nanozyme-like”ceriumoxidewithmultiplefreeradicalscavengingactivitiesforosteoimmunologymodulationandvascularizedosseointegration[J].BioactiveMaterials,2024,34:64-79.https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.12.006

此外，AX-2000CT还适用于生物陶瓷、聚合物支架等生物材料及相关组织样本的无损三维分析，为科研人员提供高对比度的微观结构可视化数据。该技术通过精准捕捉材料孔隙率、界面结合特征等关键参数，为阐明骨植入物表面改性对骨组织的界面作用提供三维可视化依据。