由于骨损伤疾病的数量不断增加,关于人体承重骨缺损修复材料的需求也越来越大。理想的骨修复替代植入物需要满足形状与骨缺损区域相匹配、力学强度与人体骨组织接近、可以诱导新骨组织再生等要求。为解决羟基磷灰石（HA）基生物陶瓷力学性能较差,不能用于承重骨缺损修复的难题,本课题采用水热法和放电等离子体烧结法（SPS）制备了随机和定向碳纤维（CF）增强镁（Mg）掺杂HA（CF/Mg-HA）复合材料,复合材料理化性能可控、力学性能与人体承重骨匹配、摩擦学性能优良,能够诱导骨髓间充质干细胞（BMSCs）向成骨分化和促进体内新骨再生。具体的研究内容和结果如下:（1）在170℃下水热反应24 h制备了不同Mg掺杂含量的Mg-HA粉体,研究了 Mg掺杂对Mg-HA形貌和微观组织的影响。1Mg-HA粉体的纳米颗粒呈针状和片状结构,长度约为40～70 nm,Mg掺杂使得晶粒尺寸减少、晶格畸变和产生位错。在800℃通过SPS烧结的1Mg-HAs陶瓷中Mg元素均匀分布,晶粒平均长度约为150nm。随着Mg掺杂含量的提高,润湿角增大,1Mg-HAs和CF/1Mg-HAs的润湿角约为70°,有利于细胞的黏附和增殖。CF的加入提高了 CF/Mg-HAs复合材料的粗糙度。与HAs相比,CF/1Mg-HAs复合材料的压缩强度提高了 110%,达到了 123.7 MPa,该值接近人体皮质骨的强度。（2）研发了定向短切CF增强陶瓷基复合材料装置,制备了定向CF增强Mg-HA（OCF/Mg-HA）复合材料,研究了 CF分布对复合材料理化性能、力学性能和摩擦学性能的影响。研究表明,CF定向分布对复合材料的润湿性和表面粗糙度影响不大。定向CF/1Mg-HAs复合材料的力学性能表现出各向异性,在平行CF方向上的压缩强度为129.8±31.3MPa,比垂直于纤维方向的压缩强度提高了 70%,满足人体皮质骨的强度要求。1Mg-HAs磨损表面出现犁沟,主要表现为磨粒磨损。加入的CF起到固体润滑剂的作用,使得CF/Mg-HAs复合材料磨损表面更加光滑。定向CF/Mg-HAs复合材料在与纤维平行方向的摩擦磨损表面仅有少量较浅犁沟,CF粘附在基体上,纤维磨损是主要的磨损机制,平均摩擦系数为0.157。在与纤维垂直方向的摩擦磨损表面出现CF剥落,纤维脱粘和基体剪切破坏是主要的磨损机制。与Mg-HAs相比,CF/Mg-HAs复合材料的摩擦系数和磨损率因为CF的加入明显提高,复合材料的耐磨性能优良。（3）采用模拟体液（SBF）浸泡、BMSCs培养、BMSCs的成骨分化以及相关成骨基因的表达,在体外评估了 Mg-HAs陶瓷的生物活性、生物相容性和成骨诱导性能。在SBF浸泡28天,Mg-HAs质量增加了 6%,在浸泡期Mg2+浓度先增加后略有降低。Mg掺杂有助于改善Mg-HA陶瓷的生物活性,具有更好的诱导磷灰石沉积的能力。1Mg-HAs表面的成骨基因（OCN、OPN和Runx2）的表达水平明显高于HAs和0.5Mg-HAs组,说明Mg2+可以刺激成骨基因的表达,诱导BMSCs的成骨分化。将Mg-HAs陶瓷和CF/Mg-HAs 植入大鼠胫骨缺损部位,通过 Micro-CT 扫描、三维重建、脱钙和未脱钙切片染色研究了 Mg掺杂以及CF对CF/Mg-HAs复合材料骨再生能力的影响,结果表明CF/1Mg-HAs复合材料有很好的骨再生修复能力。植入4周后新骨生成量高达25.4±5.4%。组织学形态分析表明CF/1Mg-HA复合材料促进了新骨组织形成,与骨缺损之间结合良好。综上所述,本研究将Mg掺杂、可控的成分、精细的微观结构和CF强化有机结合,制备了具有优异力学性能和生物学性能的CF/Mg-HA复合材料,为其在承重部位骨缺损修复的医学临床应用奠定了坚实基础。