目的:骨缺损是目前临床的常见问题,而采用自体骨及异体骨进行治疗仍面临种种限制。为改善这一现状,人工替代材料的研发已成为相关基础应用领域的关注重点。胶原纤维具有优异的生物相容性和可降解性,是骨组织工程常用的材料。传统骨替代材料研究主要致力于成骨细胞的直接调控,却忽略了局部微环境的影响。然而,骨免疫学理论揭示免疫系统和骨骼系统联系密切,免疫细胞在骨相关生理过程中发挥了重要作用。据此,本研究利用两性电解质羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl chitosan,CMC)在酸性条件下稳定无定形矿物颗粒,通过胶原自组装和矿化协同进行的方法,将生物活性元素锶或银掺杂到胶原纤维中,合成兼具成骨作用和骨免疫诱导作用的掺锶胶原支架(Strontium-doped collagen scaffolds,Sr-CS),以及具有抗菌作用的掺银胶原支架(Silver-doped collagen scaffolds,Ag-CS)。研究制备出具备生物相容性的掺杂不同生物活性元素的胶原支架材料,发挥抗菌性能,实现调节植入物周围的局部免疫微环境,促进成骨缺损修复的目的。方法:利用CMC在酸性条件下稳定无定形矿物,比如无定形碳酸锶(Amorphous strontium carbonate,ASC)或无定形磷酸银(Amorphous silver phosphate,ASP),通过采用胶原自组装和矿化协同进行的方法,制备出掺锶胶原支架和掺银胶原支架。通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)表征支架表面微形貌及结构特征;通过能谱扫描电镜(SEM-EDX)和电感耦合等离子体发射仪(ICP-AES)表征样品表面元素分布和含量;通过缓释试验分析锶离子和银离子的释放规律;通过细胞增殖实验研究材料对大鼠骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)增殖的影响;通过相关成骨基因的qPCR检测研究掺锶胶原支架的成骨性能;建立骨髓间充质干细胞和巨噬细胞共培养模型,通过对炎症细胞因子的qPCR检测,研究材料对巨噬细胞极化的影响;通过细菌培养评估掺银胶原支架的抗菌性能;建立大鼠颅骨缺损模型,通过取材的Micro-CT和相关组织学检测研究骨修复过程中,植入材料对免疫炎症和成骨活性的影响。结果:纺锤形的矿物晶体形成并有序排列在胶原纤维中,其长度约为40nm,c轴与纤维长轴平行,并对应于胶原的间隙区域;胶原自组装和矿化协同进行的方法可以制备出疏松多孔的掺锶或掺银胶原纤维仿生支架;胶原支架中的生物活性离子随着支架降解缓慢释放;掺银胶原支架材料对金黄色葡萄球菌有较强的抑制作用;掺锶胶原支架材料能够促进骨髓间充质干细胞增殖分化,并通过操控巨噬细胞极化来调节局部免疫微环境协同改善成骨;在颅骨缺损原位修复中,相对于空白组和纯胶原支架材料组,掺锶胶原支架材料显示出更好的促进骨再生能力。结论:本研究基于胶原自组装和矿化协同进行的原理,提出了将生物活性元素掺入胶原纤维的通用策略,多功能胶原支架将持续释放活性离子从而发挥生物效应。细菌实验亦证明掺银胶原支架具备优异的抗菌性能。体外生物学评估和体内组织学评估证明了掺锶胶原支架材料具有良好的生物相容性,并可通过改变巨噬细胞反应调节局部免疫微环境,改善骨组织再生,是一种具有可观前景的免疫调节骨修复材料。