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在骨科临床上,由创伤、良恶性肿瘤、先后天畸形、院内外感染等原因所造成的缺损十分常见。而植入材料在大段骨缺损修复体的骨整合是临床骨科的难点和热点。理想的骨修复材料应具备良好的力学适配性、成骨活性、抗菌性能和功能性供血效果,以诱导成骨分化和血管再生,促进骨缺损修复。钛及其合金植入材料具有优异力学性能和可加工性能,但钛合金植入物为惰性材料,缺乏生物活性位点,且弹性模量较高,导致骨整合效果不理想。因此,本研究构建出低模量、高强度多孔钛合金大段骨缺损修复支架,在支架内构建类细胞外基质的三维微环境,调控成骨分化和血管生成,促进骨修复,为新型大段骨缺损植入物的研发提供理论依据和实验支撑。本研究基于3D(Three Dimensional)打印技术和功能化的表面改性方法构建出具有良好骨整合效果的复合多孔钛合金支架材料。主要研究内容和结果如下:(一)3D打印多孔钛合金支架的工艺优化及生物安全性研究通过研究不同工艺制备的3D打印钛合金材料的生物安全性,优化3D打印技术参数,构建出精确可控的多孔钛合金骨修复支架,并对其孔径、孔隙率、力学性能进行综合评价,同时对材料的显微形貌、元素和物相组成等进行分析。研究结果发现,经优化后的3D打印钛合金骨支架的弹性模量与天然骨接近,且具有良好的生物相容性。(二)HA(Hydroxyapatite,羟基磷灰石)/胶原仿生复合体表面修饰3D打印多孔钛支架在骨缺损修复中的应用研究基于3D打印技术和体外仿生矿化技术,构建出HA/胶原仿生复合体表面修饰多孔钛合金植入材料。体外细胞及分子生物学实验表明HA/胶原仿生复合体表面修饰多孔钛支架具有良好的生物安全性、成骨分化和成血管分化能力,同时体内动物实验表明HA/胶原仿生复合体表面修饰多孔钛合金支架能够提高血管化、成骨分化和骨整合。因此,HA/胶原仿生复合体表面修饰多孔钛合金植入材料的成功制备为开发新一代骨修复材料提供了新方法。(三)改性明胶水凝胶表面修饰3D打印多孔钛合金支架在骨缺损修复中的应用研究采用激光选区熔化3D打印技术和偶联“分子桥”技术相结合,构建出低模量、高强度多孔钛合金大段骨缺损支架。体外细胞实验结果表明改性明胶水凝胶表面修饰3D打印多孔钛合金支架具有良好的生物相容性和成骨分化性能。体内动物植入实验进一步证实改性明胶水凝胶表面修饰的3D打印多孔钛合金支架能够显著提升骨修复能力,为新型大段骨缺损植入物的研发提供新思路。(四)掺锌改性明胶水凝胶表面修饰3D打印多孔钛合金支架材料的抗菌性能研究制备了掺锌改性明胶水凝胶表面修饰多孔钛合金支架,并通过体外实验检测其抗菌性和生物安全性。研究结果发现掺锌改性明胶水凝胶表面修饰支架表现出良好的抗菌性能,从而可以降低支架感染发生的风险。该成果为治疗感染所引起的大段骨缺损提供了潜在的载体材料。