大面积骨缺损,尤其是承重部位的骨缺损,是临床治疗中的难点,常需通过植入骨修复材料以恢复骨缺损部位的正常功能。理想的骨修复材料不仅应具有与骨组织相适应的力学性能,使其在降低或消除应力遮挡效应的同时,为骨组织修复提供足够的力学支撑,并且还应具有优良的生物学性能,使其与宿主骨组织形成良好的骨整合。钛合金（titanium alloy,Ti）是目前临床上最为常用的骨植入材料,具有重量轻、强度高以及生物相容性好等优点。钽（tantalum,Ta）同样是一种优良的植入材料。与钛合金相比,钽具有更高的表面能和摩擦系数,且微生物表面定植率低于钛合金。然而,两者的弹性模量远高于人体骨组织,可导致应力遮挡效应,进而造成植入材料的无菌性松动或周围骨组织的脆性骨折。将实心的钛合金和钽加工成多孔化支架结构是降低两者弹性模量并使之与人体骨组织相匹配的理想方法。同时,多孔化的内部孔隙结构有利于细胞与骨组织的长入。孔径、孔隙率以及胞元结构是影响多孔化支架力学和生物学特征的重要因素。大部分学者认为孔径300-500μm、孔隙率60-70%可同时满足多孔支架力学和生物学性能要求。胞元结构（unit cell structure）决定了多孔支架小梁（struts）结构在三维空间上的排列方式,进而影响多孔支架的应力响应机制（stress response）。根据力学特征分类,胞元结构可分为拉伸为主型（stretch-dominated）和折弯为主型（bending-dominated）结构。钻石分子结构（diamond,Di）和正十二面体结构（rhombic dodecahedron,Do）是典型的折弯为主型胞元结构,是3D打印中常用的结构。有限元分析结果表明两者均具有较低的弹性模量,且正十二面体的抗压强度高于钻石分子结构。流体力学数值分析结果表明钻石分子结构具有更多的黏附位点,有利于细胞和骨组织的长入;正十二面体结构内的流速较快,有利于营养物质的交换。然而,上述研究结果尚未通过力学和生物学实验进一步验证,且胞元结构对多孔支架生物学性能的影响尚未明确。为此,本研究选取钻石分子结构和正十二面体结构作为多孔支架的胞元结构,用于制作不同胞元结构多孔钽和多孔钛合金支架。通过力学性能检测以及生物学实验研究,探寻不同胞元结构和不同材料对多孔支架成骨效能的影响,以期为承重部位骨缺损修复材料的设计和制作提供理论依据。本研究采用选择性激光熔融技术（selective laser melting,SLM）制作了四组不同胞元结构多孔钽和多孔钛合金支架,分别为钽-钻石分子结构组（Ta Di）、钽-正十二面体结构组（Ta Do）、钛-钻石分子结构组（Ti Di）以及钛-正十二面体结构组（Ti Do）。经过检测发现四组多孔支架均具有与人体松质骨相匹配的弹性模量和抗压强度,其中Ti Do组的抗压强度最高。进一步通过体外细胞实验和体内植入实验,发现Ta Di组表现出更为优良的成骨效能,在早期即可获得良好的骨整合;Ti Do组则具有与Ta Do组相近的成骨效能,表现出长期的骨整合能力,有利于骨组织的持续长入。通过以上三个部分的实验,本研究发现不同胞元结构和不同的材料特性对多孔支架的力学和生物学性能可产生不同的影响。其中,钽-钻石分子结构组具有良好的成骨效能和中等的抗压强度,可用于骨量不足条件下的骨修复;钛合金-正十二面体结构组则具有更高的抗压强度和中等的成骨效能,可用于力学性能要求较高部位的骨修复。