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目的：随着现代生活节奏的加快和人口爆炸性增长，各种病因导致的骨缺损病例迅速增加。目前临床上多采用骨移植手术治疗骨缺损。移植材料主要包括：自体骨、异体骨和人工骨材料。但由于自体骨存在移植骨量的限制和局部并发症的可能；异体骨移植则存在潜在免疫原性和传播病原体风险。由于自体骨和异体骨在临床应用上都受到一定限制，因此对具有良好修复性能的人工骨材料需求逐渐旺盛。
方法：本研究基于3D打印技术，采用CSi-Mgx作为涂层材料，运用表面功能化技术使支架和CSi-Mgx涂层能够通过静电作用相互吸附，优化制备生物陶瓷支架。本实验采用湿化学沉淀法分别合成CSi-Mgx粉体，在马弗炉中850℃煅烧3小时（升温速率为2℃/分钟），然后球磨粉体6小时，最后获得平均粒径小于5μm的粉体。利用XRD对CSi、CSi-Mg6和CSi-Mg10三种粉体进行物相分析；通过ICP-OES分析三种粉体的物相组成。应用注浆成型技术3D打印CSi-0支架（(O)6×8mm、7×7×7mm），经烧结得到多孔陶瓷支架。利用静电吸附原理将0％，6％和10％掺镁硅灰石浆料分别修饰于CSi-0支架孔壁上，最后分别采用OSS和TSS两种方法烧结支架。测试烧结后支架的理化性能：利用SEM观察烧结后各组多孔陶瓷支架的表面和断面的微观形貌；利用阿基米德排水法测量孔壁修饰前后陶瓷支架孔隙率（n=5）；对多孔陶瓷支架（7×7×7mm，n=5）进行抗压力学性能分析。在体外tris缓冲液浸泡评估支架降解性能实验中，称取每组生物陶瓷支架样品质量（n=5），按照固/液=1g/50ml配比量取tris缓冲液，将支架浸没Tris缓冲液后置于于37℃恒温箱内。在第1、3、5、7和14天通过ICP检测上清液中Ca2+，Mg2+以及Si4+离子浓度。在第2,4,6和8周取出样品后干燥称重，并测试支架的抗压强度。在SBF体外浸泡实验中，按支架表面积/溶液体积=0.1cm2/ml量取SBF溶液，将支架浸没后存放于37℃环境中。浸泡第1,4和7天，取出支架后干燥。利用SEM观察孔壁磷灰石再矿化，并使用EDX分析孔壁表面构成组分。实验采用兔股骨远端缺损模型以评估CSi-0，CSi-E，Mg6-E和Mg10-E四组生物陶瓷支架在机体内的促成骨能力和生物降解能力。60只新西兰白兔（3.0-3.5Kg）被随机分为4组，麻醉后在严格的无菌操作原则下行双侧股骨远端缺损植入手术。在术后第4，8和12周处死兔子获取股骨远端离体标本，并固定于4%多聚甲醛溶液数日。随后对标本分别进行x线扫描，Micro-CT扫描重建和组织学切片等各种实验研究。
结果：ICP-OES定量分析结果表明掺镁硅灰石粉体确实含有Mg离子，在CSi，CSi-Mg6以及CSi-Mg10中Mg离子替代Ca离子含量分别为0%，6.9%和10.4%；XRD结果显示CSi粉末的物相是纯硅灰石(β-CaSiO3)。随着镁掺入量的增加，在CSi-Mg6和CSi-Mg10粉体中可清楚地检测到钙镁硅酸盐物相。观察SEM的微观形貌图片，四组支架孔隙结构清晰可见，而随着镁掺入量的增加，陶瓷支架表面更为光滑，致密程度更高。修饰后的陶瓷支架孔壁周围可明显观察到修饰涂层，EDX结果则进一步确认了孔壁修饰涂层镁元素的代表性高峰只存在于Mg6-E和Mg10-E两组内。TSS烧结后的Mg6-E和Mg10-E支架孔隙率超过60％，抗压强度优良（＞20MPa），数值几乎分别是CSi-0和CSi-E两组支架2倍。不管有无支架有无修饰涂层，TSS均可提高支架的抗压性能。此外Mg6-E和Mg10-E支架离体的生物降解性能和力学衰变均得到减缓。CSi-0组支架在第8周时丢失质量约为初始质量的14%；而Mg10-E在第8周丢失质量只相当于初始质量的9%。在降解8周后，Mg10-E组支架抗压强度为10.13MPa；而CSi-0和CSi-E组支架抗压强度分别只有5.08MPa、6.21MPa。SBF浸泡实验结果表明：修饰层中掺镁的两组支架可见到的沉积物更多，EDX定量分析后确定表面沉淀物中Ca/P比例范围约为1.48-1.65，与骨矿物中羟基磷灰石Ca/P范围相近。兔股骨远端缺损模型修复实验Micro-CT结果表明，未经修饰涂层的CSi-0组支架结构在4周时就可能已塌陷。第8周，四组支架附近新生骨量明显增多，且和周围的原始骨床之间的骨性连接已经较为明显。第12周，Mg10-E组支架内部骨量最多，且多为较成熟骨质，连接性的骨痂更加牢固。定量分析进一步证实了表面修饰层中的镁具备促成骨作用。随着支架的表面修饰层Mg含量的增加，支架在体内的降解性能逐渐降低。组织学切片染色结果显示，第12周CSi-0和CSi-E组支架已经塌陷。Mg6-E和Mg10-E组内成熟编织骨的出现在生物陶瓷支架和标本松质骨之间产生了紧密的连接。定量分析佐证了四组支架材料的生物降解性能，Mg10-E组的RV/TV值高达45.08±1.15，而CSi-0组只有24.75±0.8。表面修饰层中镁元素的掺杂使调控硅灰石支架在体内的促成骨作用和降解速率成为了可能。
结论：本研究基于3D打印技术，采用CSi-Mgx作为涂层材料，运用表面功能化技术使支架和CSi-Mgx涂层能够通过静电作用相互吸附，优化制备生物陶瓷支架。孔壁CSi-Mgx涂层赋予了支架在具备互连贯通的孔道，同时具有良好的力学强度和生物相容性。在兔股骨远端缺损修复模型中表现出较高的促骨再生的能力，具备时间依赖性的生物降解性能，为临床治疗骨缺损特别是大面积骨缺损做出了一个新尝试。
方法：本研究基于3D打印技术，采用CSi-Mgx作为涂层材料，运用表面功能化技术使支架和CSi-Mgx涂层能够通过静电作用相互吸附，优化制备生物陶瓷支架。本实验采用湿化学沉淀法分别合成CSi-Mgx粉体，在马弗炉中850℃煅烧3小时（升温速率为2℃/分钟），然后球磨粉体6小时，最后获得平均粒径小于5μm的粉体。利用XRD对CSi、CSi-Mg6和CSi-Mg10三种粉体进行物相分析；通过ICP-OES分析三种粉体的物相组成。应用注浆成型技术3D打印CSi-0支架（(O)6×8mm、7×7×7mm），经烧结得到多孔陶瓷支架。利用静电吸附原理将0％，6％和10％掺镁硅灰石浆料分别修饰于CSi-0支架孔壁上，最后分别采用OSS和TSS两种方法烧结支架。测试烧结后支架的理化性能：利用SEM观察烧结后各组多孔陶瓷支架的表面和断面的微观形貌；利用阿基米德排水法测量孔壁修饰前后陶瓷支架孔隙率（n=5）；对多孔陶瓷支架（7×7×7mm，n=5）进行抗压力学性能分析。在体外tris缓冲液浸泡评估支架降解性能实验中，称取每组生物陶瓷支架样品质量（n=5），按照固/液=1g/50ml配比量取tris缓冲液，将支架浸没Tris缓冲液后置于于37℃恒温箱内。在第1、3、5、7和14天通过ICP检测上清液中Ca2+，Mg2+以及Si4+离子浓度。在第2,4,6和8周取出样品后干燥称重，并测试支架的抗压强度。在SBF体外浸泡实验中，按支架表面积/溶液体积=0.1cm2/ml量取SBF溶液，将支架浸没后存放于37℃环境中。浸泡第1,4和7天，取出支架后干燥。利用SEM观察孔壁磷灰石再矿化，并使用EDX分析孔壁表面构成组分。实验采用兔股骨远端缺损模型以评估CSi-0，CSi-E，Mg6-E和Mg10-E四组生物陶瓷支架在机体内的促成骨能力和生物降解能力。60只新西兰白兔（3.0-3.5Kg）被随机分为4组，麻醉后在严格的无菌操作原则下行双侧股骨远端缺损植入手术。在术后第4，8和12周处死兔子获取股骨远端离体标本，并固定于4%多聚甲醛溶液数日。随后对标本分别进行x线扫描，Micro-CT扫描重建和组织学切片等各种实验研究。
结果：ICP-OES定量分析结果表明掺镁硅灰石粉体确实含有Mg离子，在CSi，CSi-Mg6以及CSi-Mg10中Mg离子替代Ca离子含量分别为0%，6.9%和10.4%；XRD结果显示CSi粉末的物相是纯硅灰石(β-CaSiO3)。随着镁掺入量的增加，在CSi-Mg6和CSi-Mg10粉体中可清楚地检测到钙镁硅酸盐物相。观察SEM的微观形貌图片，四组支架孔隙结构清晰可见，而随着镁掺入量的增加，陶瓷支架表面更为光滑，致密程度更高。修饰后的陶瓷支架孔壁周围可明显观察到修饰涂层，EDX结果则进一步确认了孔壁修饰涂层镁元素的代表性高峰只存在于Mg6-E和Mg10-E两组内。TSS烧结后的Mg6-E和Mg10-E支架孔隙率超过60％，抗压强度优良（＞20MPa），数值几乎分别是CSi-0和CSi-E两组支架2倍。不管有无支架有无修饰涂层，TSS均可提高支架的抗压性能。此外Mg6-E和Mg10-E支架离体的生物降解性能和力学衰变均得到减缓。CSi-0组支架在第8周时丢失质量约为初始质量的14%；而Mg10-E在第8周丢失质量只相当于初始质量的9%。在降解8周后，Mg10-E组支架抗压强度为10.13MPa；而CSi-0和CSi-E组支架抗压强度分别只有5.08MPa、6.21MPa。SBF浸泡实验结果表明：修饰层中掺镁的两组支架可见到的沉积物更多，EDX定量分析后确定表面沉淀物中Ca/P比例范围约为1.48-1.65，与骨矿物中羟基磷灰石Ca/P范围相近。兔股骨远端缺损模型修复实验Micro-CT结果表明，未经修饰涂层的CSi-0组支架结构在4周时就可能已塌陷。第8周，四组支架附近新生骨量明显增多，且和周围的原始骨床之间的骨性连接已经较为明显。第12周，Mg10-E组支架内部骨量最多，且多为较成熟骨质，连接性的骨痂更加牢固。定量分析进一步证实了表面修饰层中的镁具备促成骨作用。随着支架的表面修饰层Mg含量的增加，支架在体内的降解性能逐渐降低。组织学切片染色结果显示，第12周CSi-0和CSi-E组支架已经塌陷。Mg6-E和Mg10-E组内成熟编织骨的出现在生物陶瓷支架和标本松质骨之间产生了紧密的连接。定量分析佐证了四组支架材料的生物降解性能，Mg10-E组的RV/TV值高达45.08±1.15，而CSi-0组只有24.75±0.8。表面修饰层中镁元素的掺杂使调控硅灰石支架在体内的促成骨作用和降解速率成为了可能。
结论：本研究基于3D打印技术，采用CSi-Mgx作为涂层材料，运用表面功能化技术使支架和CSi-Mgx涂层能够通过静电作用相互吸附，优化制备生物陶瓷支架。孔壁CSi-Mgx涂层赋予了支架在具备互连贯通的孔道，同时具有良好的力学强度和生物相容性。在兔股骨远端缺损修复模型中表现出较高的促骨再生的能力，具备时间依赖性的生物降解性能，为临床治疗骨缺损特别是大面积骨缺损做出了一个新尝试。