力学仿生设计耦合力电转换的多孔钛合金支架制备及促成骨效应研究

目的设计制备力学仿生设计耦合力电转换的多孔钛合金支架并研究其成骨效应。方法通过有限元分析筛选孔隙结构仿生及应力分布均匀的结构模型,利用3D打印技术制备仿生多孔钛合金支架,于表面构建具有压电效应的钛酸钡涂层并进行极化处理,分别对多孔支架组(p Ti)、未极化钛酸钡涂层多孔支架组(p BT/Ti(unpoled))及极化钛酸钡涂层多孔支架组(p BT/Ti(unpoled))进行SEM、PFM、d33、XRD、等表征分析,活死细胞染色及CCK-8细胞增殖等生物相容性检测,体外茜素红染色、免疫荧光染色、westernblot、RT-PCR等成骨效应检测,并构建兔股骨髁骨缺损模型进行体内成骨效应分析。结果与传统桁架结构相比,Gyroid-sheet结构具有更均匀的应力分布、与骨类似的平均零曲率、适当的弹性模量和足够的抗压强度。支架表面构建的压电涂层具有良好的生物相容性。动态压力培养下,免疫荧光染色及RT-PCR结果提示p BT/Ti(poled)组成骨相关基因表达较p Ti组及p BT/Ti(unpoled)组均显著增加。体内实验中,Micro-CT及组织染色结果提示p BT/Ti(poled)组BV/TV、骨小梁量以及支架与骨界面骨整合均优于p Ti组。结论构建了基于Gyroid-sheet仿生结构的压电涂层力电耦合多孔钛合金支架,体内外实验证实其良好的成骨效果,为承重部位骨缺损修复提供了选择。