组织工程是利用工程学与生命学的原理和方法，研究人体组织/器官的形成和再生，即在体外构建出有生物活性的替代物，植入人体内，以修复或提高人体组织/器官的部分或全部功能。为使细胞在体外增殖、分化，以及提高细胞/支架结构物的力学性能，本文重点开发新型力学加载式生物反应器，并将其应用以研究力学刺激对体外三维支架培养下细胞生长的影响。这对构建组织替代物、指导临床诊断治疗、提高人类健康水平、发展经济具有重要意义。本文首先研制一种用于对体外细胞施加力学刺激的新型力学加载式生物反应器。考虑细胞培养的特殊环境要求，本文从压电陶瓷的动态压缩加载、步进电机的动态剪切加载、差动螺旋机构的微调功能，以及可用于培养物弹性模量测定四个方面对装置进行了结构设计。基于ANSYS WORKBENCH有限元分析软件，分别对整体结构、差动螺旋机构和培养室等下端部件进行模态分析，以验证装置结构的合理性和可行性。针对动态压缩/剪切加载，分别设计和研究了压电陶瓷、步进电机的驱动控制策略。其次，建立装置的力学测试模型，依据该模型设计了数据采集系统，并对的多个支架的动态表观弹性模量进行测试及分析。应用应变仪简化装置实验系统，将其与数据采集系统对照，设计出用于细胞力学刺激培养的五种力学加载模式。细胞培养方面，利用胶原蛋白对左旋聚乳酸支架材料进行表面改性，通过细胞相容性实验对支架的改性结果进行验证分析。然后应用可在线监测的力学加载式生物反应器，分别对体外三维支架培养的成骨细胞进行不同频率和不同应变的动态力学加载实验。结合MTT比色法，对比分析加载条件对细胞增殖的影响。利用原子力显微镜，对加载后的细胞进行形态学观察及分析。