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第一部分3D打印钛合金表面多孔涂层及其机械性能测试目的:探讨利用3D打印技术制作具有多孔涂层钛合金假体的可行性及其机械性能的检测。方法:使用计算机辅助设计建模,导入3D打印机后打印钛合金假体部件;扫描电镜对其进行表征,测量孔径孔隙率;使用电子万能试验机测试打印假体部件的抗压、抗剪切性能。结果:利用3D打印技术制造出4组具有不同孔径、孔隙率多孔涂层的钛合金假体部件,经扫描电镜表征分别为:A组218.7μm,61.2%;B组262μm,68.1%;C组558μm,79.2%;D组753μm,89.0%。4组钛合金多孔涂层的压缩强度和剪切强度分别为A组78.02MPa,44.28 MPa;B组20.62MPa,23.17MPa;C组8.32MPa,12.64MPa;D组4.26MPa,8.53MPa。结论:3D打印技术可精确构建钛合金表面多孔涂层,具有良好的机械性能;随着孔径的逐渐增大,钛合金多孔涂层抗压、抗剪切性能急剧下降,其中孔径262μm,孔隙率68.1%是相对理想内植物微孔参数,可为将来假体设计提供参考。第二部分3D打印钛合金表面多孔涂层对MG-63细胞生物学行为影响目的:研究3D打印钛合金多孔涂层的生物相容性及不同微孔参数对MG-63细胞的影响。方法:以各组钛合金多孔涂层为支架培养MG-63细胞24h、48h、72h后,扫描电镜观察细胞形态;DAPI染色后荧光显微镜下细胞计数;CCK8检测各组细胞成活率;用ALP试剂盒和免疫印迹技术检测各组细胞碱性磷酸酶、骨钙蛋白的表达情况。结果:各时间点均为A组和B组细胞伸展形态较好,伸出更多的伪足。培养24h细胞在A组和B组材料上粘附明显多于C组和D组,差异有统计学意义,培养48h后,B组多于其他3组,差异有统计学意义,培养72h时4组细胞计数无统计学差异。培养24h细胞成活率A组低于空白组(无多孔涂层)、B组、C组、D组,差异均有统计学差异,B组与空白组无统计学差异,低于C组、D组,差异均有统计学差异,C组与空白组无统计学差异,但低于D组,差异有统计学差异,D组高于空白组,差异有统计学差异;培养48h细胞成活率A组低于空白组、B组、C组、D组,差异均有统计学差异,B组与C组无统计学差异,但高于A组,低于空白组,D组,差异均有统计学差异,C组与空白组无统计学差异,低于D组,差异均有统计学差异,D组高于空白组,差异有统计学差异;培养72h细胞成活率A组低于空白组、B组、C组、D组,差异均有统计学差异,B组低于空白组、C组、D组,差异均有统计学差异,C组低于空白组、D组,差异均有统计学差异,D组高于空白组,差异有统计学差异。各时间点各组间细胞碱性磷酸酶和骨钙蛋白表达均无统计学差异。结论:3D打印钛合金多孔涂层可以明显影响MG-63细胞的生物学行为,相对较小的微孔(218.7μm,61.2%;262μm,68.1%)有利于细胞粘附和分化,较大的微孔(753μm,89.0%)有利于细胞增殖;较小孔径的三维多孔涂层培养细胞收集可能存在误差,较低的细胞增值率是否界定为材料毒性反应或抑制增殖还需进一步研究验证。第三部分3D打印钛金属多孔涂层促进骨整合及其机制研究目的:研究3D打印不同微孔参数的钛合金多孔涂层对骨整合及成骨基因表达的影响。方法:3D打印机打印出3组具有不同微孔参数多孔涂层的钛合金假体,分别为(A组262μm,68.1%;B组558μm,79.2%;C组753μm,89.0%)。选择27只新西兰大白兔,随机分为3组,将3种规格假体分别植入各组兔子双侧股骨髓腔,术后4周、8周、12周每组各处死3只兔子,进行X线、Micro-CT扫描并测量骨体积分数和组织矿物密度,制作硬组织切片进行Goldner’s染色和荧光显微镜观察,行拔出实验测量最大拔出力,q PCR检测Runx2和Osterix的表达。结果:X线和Micro-CT扫描均显示4周时各组均无明显骨质沉积,随着时间增加,新骨形成逐渐增多,12周时最多,且A组多于B组、C组。荧光显微镜观察术后4周各组均荧光较弱,条带较窄,随时间增加荧光强度增强,条带变宽,黄色与绿色间隙增大,12周时最优,且A组优于B组、C组。Goldner’s染色示术后4周各组均以细胞核为主,随时间增加,类骨质逐渐增多,12周时达到顶峰,且A组优于B组、C组。术后4周、8周时,3组间骨体积分数和组织矿物密度差异均无统计学意义;术后12周时A组骨体积分数和组织矿物密度大于B组、C组,差异均有统计学意义,B组和C组差异无统计学意义。术后4周、8周时,A组Runx2和Osterix表达高于B组、C组,差异有统计学意义,B组和C组间无统计学差异;术后12周时,C组Runx2表达低于A组、B组,差异有统计学意义,A组和B组间无统计学差异,Osterix表达3组间无统计学差异。术后4周时,3组间最大拔出力差异均无统计学意义;术后8周时,A组所需最大拔出力均大于B组、C组,差异均有统计学意义,B组和C组差异无统计学意义;术后12周时,任意两组最大拔出力比较,差异均有统计学意义,依次为A组>B组>C组。结论:3D打印钛合金多孔涂层可以明显促进骨整合;随着时间的延长,骨质形成逐渐增多,沉积速率逐渐加快;孔径262μm,孔隙率68.1%的多孔涂层最有利于促进骨整合;微孔参数的变化对生物力学的影响大于对成骨效应的影响。