前交叉韧带（ACL）重建是运动损伤后恢复膝关节稳定性最重要的外科手术，该手术需要初始的骨-肌腱固定以及骨移植以获得长期临床成功[[1], [2], [3], [4], [5], [6]]。干涉螺钉常用于确保ACL重建过程中股骨和胫骨隧道内的移植固定[[7], [8], [9], [10], [11], [12]]。永久性金属干涉螺钉提供了初始的机械稳定性，并在术后恢复早期增强了骨-螺钉的整合；而可降解干涉螺钉则能随时间自然降解，从而减少了二次手术的需求。与可降解干涉螺钉相比，钛（Ti）制成的金属干涉螺钉表现出更强的骨-肌腱-骨移植整合能力以及更低的螺钉失效率[[13], [14], [15]]。ACL重建的成功在很大程度上取决于骨-肌腱固定的初始稳定性，而这又受到金属干涉螺钉的尺寸、形状、形态和设计几何形状的影响[[7],[16], [17], [18], [19]]。
增材制造技术的快速发展使得螺钉植入物的设计更加灵活。这种技术允许高度定制化，能够制造出具有复杂几何形状和可控多孔结构的组件，这是制造骨科应用生物医学材料的首选方法[[20]]。在常用的生物金属植入物中，钛-铝-钒（Ti6Al4V）合金因其高生物相容性、优异的耐腐蚀性、良好的生物力学性能以及在体内研究中出色的骨生长能力而得到广泛应用[[7,16,[21], [22], [23], [24]]。在Ti6Al4V多孔植入物的三维（3D）打印中，实现了更强的骨长入和丰富的表面骨整合[[16,21,25]]。通过在水化羟基磷灰石（HA）或生物活性陶瓷涂层上对植入物进行表面改性，被认为可以有效促进骨细胞的附着和增殖，同时减轻植入早期骨细胞的炎症反应[[7],[26], [27], [28]]。
蔡等人首次在兔子模型中表明，与传统的非多孔不锈钢对照螺钉相比，创新的3D打印多孔Ti6Al4V螺钉显著增强了胫骨移植的固定效果和骨-肌腱-植入物整合的生物力学性能[[16]]。在我们后续的研究中，黄等人对3D打印的Ti6Al4V螺钉外表面施加了生物活性CaP陶瓷涂层，显著促进了早期骨长入，并提高了生物力学性能[[7]]。我们之前的两项研究均采用传统的组织学染色方法评估了骨-肌腱-植入物的固定情况。Sanderson快速骨染色法和荧光技术相结合是评估体内骨折愈合过程中周围骨组织生长和骨-移植-植入物锚定的金标准方法[[21]]。蔡等人展示了X射线成像技术在探索植入物周围骨重塑和表面骨整合方面的潜力[[21]]。
尽管我们之前的研究显示3D打印Ti6Al4V螺钉具有更好的生物力学性能和早期骨长入[[7,16]]，但对骨-肌腱-植入物固定的评估主要依赖于传统的组织学染色方法。然而，这些方法缺乏解析低于500纳米的超微结构界面所需的空间分辨率，而骨整合正是发生在这一尺度上。因此，目前尚不清楚如何连续且无损地绘制复杂增材制造多孔结构中骨整合的空间和化学演变过程，也不清楚基于同步辐射的X射线成像是否能够有效表征这一关键的纳米-生物界面。为了解决这一研究空白，本研究采用了空间分辨率为60-100纳米的多尺度同步辐射X射线技术，以连接宏观的植入物设计和纳米级的生物锚定。在我们之前的研究基础上[[7]]，我们利用了一组互补的成像方法，比较了具有生物活性表面改性的3D打印Ti6Al4V螺钉与非多孔Ti对照螺钉的骨-移植-植入物整合情况。我们利用投影X射线显微镜（PXM）和透射X射线显微镜（TXM）进行二维（2D）和三维（3D）快速断层成像，以探索骨组织在骨-螺钉直接接触面的长入和骨移植整合情况。此外，还进行了X射线荧光（XRF）映射，以展示两种不同类型干涉螺钉中骨移植的愈合进展。
