目前骨内植入物的多孔表层常采用两种多孔金属材料:多孔钛和多孔钽,其中多孔钛一般采用喷珠、粉末等工艺加工,而多孔钽则采用化学气相沉积法(CVD)或粉末冶金工艺(PM)加工。然而由于多孔钛和多孔钽的加工工艺不同,很难保证两种多孔材料具备相同的微孔结构参数(孔隙率、孔径、丝径、孔型、空间排列),从而无法在相同微孔构型的条件下,对多孔钛和多孔钽两种材料的骨长入及骨整合性能进行对比研究。近年来,随着3D打印技术的日益成熟,可以对多孔钛和多孔钽的微孔构型进行精确控制,达到在基于相同的设计构型基础上制备多孔材料,实现在微孔结构参数基本相同的情况下对二者进行对比。本实验的研究内容主要分为以下三个部分:第一部分:多孔钛与多孔钽的设计与制作及性能检测本实验采用计算机辅助设计(CAD)建模设计出直径4.8mm、高8mm、孔径400μm、孔隙率为70%的圆柱体,通过3D打印技术制备出多孔钽与多孔钛,采用扫描电镜(SEM)对两组材料表面进行形貌观察,比较两种材料的表面形貌差异。结果显示二者均呈立体连通的多孔结构,且孔隙间也相互连通,多孔钛表面较多孔钽更为光滑。通过对两种材料进行力学性能测试,统计出二者的抗压强度及弹性模量,结果显示多孔钛抗压强度高于多孔钽,二者弹性模量均小于皮质骨,多孔钽的弹性模量较多孔钛更接近松质骨。第二部分:多孔钛与多孔钽的体外细胞实验本实验采用两组材料与人的骨髓间充质干细胞(BMMSCs)共培养的体外细胞实验,通过扫描电镜、碱性磷酸酶(ALP)活性检测、茜素红染色半定量分析的实验,检测两种材料多孔钛及多孔钽的生物相容性和成骨性能,证实了二者均具有良好的生物相容性和骨长入能力。第三部分:多孔钛与多孔钽的体内植入实验本实验分别将多孔钛和多孔钽植入兔股骨外踝缺损处,通过硬组织切片亚甲基蓝-酸性品红染色、推出实验以及钙黄绿素-四环素-茜素红荧光标记来研究材料与骨组织之间的骨整合效果及骨结合强度,结果显示两组材料差异不明显。以上结果说明,在本研究中多孔钛与多孔钽具备同样出色的生物相容性以及骨长入和骨整合能力,并且两组材料具有基本相当的生物力学性能。