背景前交叉韧带(Anterior Cruciate Ligament,ACL)断裂是最常见的selleckchem Z-IETD-FMK关节损伤之一,采用界面螺钉将移植韧带挤压在骨隧道的ACL重建方PCI-32765临床试验法是临床常用的可靠固定方案。目前,用于制备界面螺钉的材料主要有金属材料、可吸收高分子材料及生物陶瓷材料等。其中,金属界面螺钉存在切割韧带移植物与金属残留物干扰MRI成像等问题,且术后取出会造成第二次手术创伤;可吸收高分子界面螺钉虽然缓解了金属钉的缺陷,然而植入过程中存在在高扭矩下易断裂,植入后降解速度过快导致与腱-骨愈合速度不相匹配等问题;相较而言,氧化锆为代表的生物陶瓷界面螺钉具有力学性能优、生物相容性与稳定性佳等优势,且术后无需取出规避二次手术创伤问题,具有重要科研价值和广阔临床应用前景。然而,陶瓷特有的脆硬难加工特性制约了复杂螺钉的在研发阶段的设计与制备;氧化锆陶瓷的生物惰性限制了 ACL重建初期腱-骨-钉界面稳定性。针对以上问题,本研究拟以立体光刻SLA-3D打印技术实现个性化复杂形状陶瓷界面螺钉优化设计与制备;以旋入扭矩及轴向拉伸生物力学检验测试完成螺钉参数优化;以螺钉表面层层组装ZrO2/PDA/RGD/Zn2+复合涂层改善氧化锆生物活性。最终,陶瓷3D打印技术与涂层技术相协同,制备生物改性氧化锆界面螺钉,在维持界面螺钉重建ACL初期稳定性的同时,加快界面骨整合,促进腱-骨愈合,保障ACL重建术长期稳定性。目的1.研究不同螺纹牙型、螺纹深度、顶端齿宽及驱动结构形状等参数对3D打印氧化锆界面螺钉的紧固性能及固位能力的影响。2.研究ZrO2/PDA/RGD/Zn2+复合生物涂层螺钉制备的可行性及对成骨细胞增殖、黏附及成骨分化的影响。方法1.对3D打印氧化锆标准测件的机械力学性能及X、Y、Z各向异性尺寸收缩率进行表征;基于此通过Creo 5.0软件设计螺纹牙型、螺纹深度、顶端齿宽、驱动形状结构参数不同的24种螺钉模frozen mitral bioprosthesis型并进行尺寸补偿;随后通过扫描电镜等手段对螺钉尺寸精度、宏观及微观形貌进行表征;通过CCK-8法测定螺钉生物安全性。2.按照《中华人民共和国医药行业标准YY/T0509》标准建立螺钉-聚氨酯泡沫模型对不同结构参数螺钉的最大旋入扭矩、最大轴向拔出力进行检测。建立界面螺钉挤压胫骨端韧带移植物生物力学模型,对不同结构参数的螺钉的最大旋入扭矩、极限载荷及刚度进行测试。通过正交实验及极差分析对结果统计分析,最终优化出紧固性能及固位能力最好的螺钉模型参数。3.通过层层组装的方法制备ZrO2/PDA/RGD/Zn2+复合生物涂层螺钉,并通过XPS及SEM手段对复合生物涂层属性进行检测;运用CCK-8法测定MC3T3-E1细胞增殖水平;通过荧光染色及SEM方法观测MC3T3-E1细胞在螺钉表面黏附数量和形态;将MC3T3-E1细胞与复合涂层界面螺钉共培养,通过碱性磷酸酶测定及茜素红染色评估成骨分化潜能。结果1.测量3D打印氧化锆零件的尺寸收缩率,针对陶瓷3D打印烧结收缩各向异性特征设计界面螺钉尺寸补偿参数,成功3D打印制备Φ 8 mm × 27.5 mm的氧化锆界面螺钉。SEM观察螺钉表面微观结构,晶体均匀,结构完整。Geomagic contral精度分析,尺寸精度可达0.064 mm;CCK-8法验证了螺钉安全无毒。2.正交实验及方差分析结果显示,螺钉驱动结构形状是影响螺钉扭矩的最关键因素,螺纹牙型是影响螺钉固定强度的最主要因素(P<0.01)。界面螺钉挤压胫骨端韧带移植物生物力学模型结果显示:锯齿形螺纹牙型,螺纹深度0.8 mm,顶端齿宽0.4 mm的正六边形驱动氧化锆界面螺钉与Φ 8 mm骨隧道配合力学性能最优异,旋入扭矩可达1.064±0.117 N-m,极限负荷可达 446.126± 37.632 N,刚度可达 66.33±27.48 N/mm。3.层层组装制备ZrO2/PDA/RGD/Zn2+复合生物涂层螺钉与MC3T3-E1细胞共培养结果显示:ZrO2/PDA/RGD/Zn2+组与ZrO2组相比,促进了细胞增殖与黏附能力,差异具有统计学意义;ZrO2/PDA/RGD/Zn2+组的 ALP 活力值为 12.790± 1.135 mg/15 min/gprot,明显高于ZrO2组(P<0.01);ZrO2/PDA/RGD/Zn2+组表面的钙化结节明显高于其他组,能够促进MC3T3-E1细胞成骨分化及矿化。PDA、RGD、Zn2+具有协同效应,对比单一或二元涂层,ZrO2/PDA/RGD/Zn2+三元复合生物涂层螺钉在粘附、增殖、成骨分化方面始终表现出最佳性能。结论优化出的锯齿形螺纹牙型、螺纹深度0.8 mm、顶端齿宽0.4 mm的正六边驱动3D打印氧化锆界面螺钉具有优秀的力学性能,有利于维持ACL重建初期稳定性。同时,制备的ZrO2/PDA/RGD/Zn2+三元复合生物涂层能够促进螺钉表面细胞骨整合,加快腱-骨愈合,有利于维持ACL重建长期稳定性。