摘要
由频繁创伤、肿瘤切除等一系列原因引起的骨缺损一直是骨科临床迫切需要解决的难题。骨组织工程作为一种有前景的治疗方法应运而生，赋予支架材料主动诱导骨组织再生修复功能，从而达到病损组织的良好修复。然而，当前骨组织工程生物陶瓷支架在植入体内后，往往是被动地适应生物环境，生物活性不足、强度较低、降解速率与新生骨组织生长速率不匹配是制约陶瓷支架临床应用的关键问题。本研究从仿生角度出发，采用光固化3D打印技术制备出具有三周期极小曲面（TPMS-gyroid）结构的生物陶瓷支架；研究了生物玻璃-β-磷酸三钙（BG-TCP）复合比例对材料力学性能和降解性能的影响规律，并探究其体内外成骨活性；探索了不同贯通孔尺寸生物陶瓷支架的制备，且进一步研究可控的宏观结构对体内成骨的影响。本论文研究内容和结论如下： 1.开发了一种基于β-磷酸三钙（β-TCP）和生物玻璃（BG,Na2O-CaO-MgO-P2O5）的BG-TCP复合生物陶瓷材料体系，并研究其在大鼠股骨缺损修复中的应用。首先配制具有合适流变性能适用于光固化3D打印技术的陶瓷浆料，成功制备具有TPMS-gyroid多孔结构的xBG-TCP（x=0,5,15,25wt%）复合生物陶瓷支架。相比于β-TCP支架，BG-TCP生物陶瓷支架的抗压强度更高且降解性能更优越。体外成骨活性方面，所有生物陶瓷支架均具有良好的生物相容性，能很好的支持间充质干细胞（BMSCs）和内皮祖细胞（EPCs）的粘附、增殖。再者，相比于β-TCP支架，BG-TCP生物陶瓷支架能有效促进BMSCs的成骨分化，还能显著促进EPCS的管状形成和成血管相关基因的表达。另外，大鼠股骨缺损修复实验结果表明，骨组织成功长入xBG-TCP生物陶瓷支架的孔道内部，BG-TCP生物陶瓷支架比β-TCP支架骨修复效果更好。 2.在上述xBG-TCP复合生物陶瓷支架的研究基础上，选择生物学性能相比较优的15BG-TCP组分，进一步控制贯通孔尺寸，并研究其在兔子股骨缺损修复中的应用。利用光固化3D打印技术制造不同孔径的TPMS-gyroid结构（Gyroid-S＜Gyroid-M＜Gyroid-L）生物活性陶瓷支架，将其与注浆成型的百美特人工骨做对比。研究发现，TPMS-gyroid结构生物陶瓷支架力学强度随孔径减小而增大，但均优于对照组陶瓷支架。此外光固化3D打印陶瓷支架相比于同体积注浆成型陶瓷支架有更高的孔隙率，孔尺寸分布均匀且均为开口孔。进一步构建兔股骨体内缺损模型，研究结果表明Gyroid-S生物陶瓷支架能够诱导更多新骨形成与再生。以上结果表明，相比于传统的注浆成型制造方式，光固化3D打印技术可简便而高效的控制生物陶瓷支架的结构，继而调控其力学性能、降解性能和提高成骨活性。 综上所述，本文采用光固化3D打印技术，以调控组分、结构为主线逐级深入，赋予材料较好的力学强度、可调控的降解性能以及诱导成骨成血管的潜能，为生物活性陶瓷支架的个性化设计和骨再生修复材料的研究提供重要的科学依据，具有巨大的临床应用前景。
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