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随着骨缺损患者的不断增多,自体骨和异体骨难以满足日益增长的骨修复材料的需求,骨组织工程提供了一种新的解决思路。骨支架是骨组织工程的首要问题,它不仅对周围的组织起支撑作用,还为细胞和新骨提供生长环境。聚己内酯(PCL)由于其良好的生物相容性和生物降解性,常用作骨支架材料,但PCL骨支架亦存在生物活性不足、力学强度不高等缺点。针对这些缺点,本文以PCL为基体,同时加入鸡蛋壳粉(ES)和多壁碳纳米管(MWCNTs)以增强其力学性能和生物学性能,并用选择性激光烧结技术(SLS)制备三维多孔复合骨支架;用壳聚糖(CS)/羟基磷灰石(HA)凝胶对SLS制备的PCL骨支架进行表面修饰以改善其生物活性和细胞增殖性能;并对骨支架的宏观微观形貌、物相组成、热学性能、亲水性、生物活性、生物降解性能、细胞毒性以及细胞增殖性能进行检测。主要研究内容和结果如下:(1)先在PCL基体中单独加入ES粉末,混合均匀后用SLS技术制成三维多孔骨支架。用不同的工艺参数制备PCL和PCL/ES支架,得到了最优的SLS工艺参数。检测结果显示SLS加工工艺没有破坏原材料的物相组成和分子官能团结构;ES粉末的加入改善了PCL的结晶性能和热稳定性,改善了骨支架的亲水性,提高了骨支架的细胞增殖性能;但是骨支架的压缩强度增加不大,孔隙率有所下降。然后在PCL基体中单独加入不同含量的MWCNTs,并用SLS技术制备三维多孔骨支架。测量结果显示骨支架的尺寸精度和孔隙率随MWCNTs含量的增加而下降;但是骨支架的力学性能由于MWCNTs的加入而得到显著的增强,其压缩、拉伸和弯曲强度随着MWCNTs含量的增加先增大后减小,在MWCNTs含量为0.5wt%时达到最大值,分别为10.56、14.36和14.84MPa,相比纯PCL样件分别增加了35.4%、31.1%和38.2%;从微观角度探讨了MWCNTs对骨支架力学性能的增强机理,并用分子动力学模拟从分子层面进一步证实MWCNTs对PCL支架力学性能的增强作用。最后为同时改善PCL骨支架的力学性能和生物学性能,在PCL基体上同时加入ES和MWCNTs两种增强相,采用SLS技术制成多孔骨支架,并对其形貌和性能进行检测。结果显示:PCL/3ES/0.5MWCNTs骨支架相比纯PCL骨支架压缩强度提高了30.8%,拉伸强度提高了22.4%,而且具有更好的亲水性,但是孔隙率由原来的88%降低到72%,不过仍然超过70%,能为细胞的迁移和增殖提供必要的空间;矿化实验中PCL/3ES/0.5MWCNTs骨支架表面有磷灰石晶体析出,而PCL支架表面没有;体外细胞实验显示PCL/3ES/0.5MWCNTs骨支架的细胞相对增殖率为94.7%,细胞毒性为1级,而PCL骨支架的细胞相对增殖率为74.7%,细胞毒性为2级。以上试验结果表明SLS制备的PCL/3ES/0.5MWCNTs骨支架具有更好的机械力学性能和生物学性能,且任然拥有较好的孔隙率,有望在临床上得到应用。(2)羟基磷灰石是人体和动物骨骼的主要组成部分,具有极好的生物活性和骨诱导性。纳米羟基磷灰石(n-HA)由于其较高的比表面积,更有利于细胞的粘附,因此在PCL粉末基体中加入不同含量的n-HA粉末以改善其生物性能,并用SLS技术制成多孔贯通的骨支架,然后对骨支架的性能进行检测。检测结果显示n-HA的加入使粉末的烧结性能变差,随着n-HA含量的增加,骨支架的表面更粗糙,精度更低,孔隙率更小;加入1wt%n-HA时骨支架的压缩强度略有提高,但是随着n-HA含量的继续加大,骨支架的压缩强度降低较多;但是体外细胞实验中显示加入n-HA的骨支架浸提液中的细胞增殖率明显高于纯PCL,细胞毒性也由原来的2级改善为1级。说明n-HA的加入能促进细胞的生长和增殖,改善骨支架的细胞毒性。(3)大部分的细胞都是粘附在骨支架表面,因此骨支架表面材料的性能对细胞的粘附和增殖有重要的影响。将选择性激光烧结制备的PCL骨支架浸入原位合成的CS/HA悬浮液中,通过真空浸泡、低速离心和冷冻凝胶等方式使PCL骨支架的表面和孔内粘附一层CS/HA凝胶,以改善PCL骨支架的生物活性和细胞增殖性能。并用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、压缩强度测试、体外降解和体外细胞实验等方法对支架的形貌、物相组成、力学性能和生物性能进行检测分析。XRD图谱表明原位合成的方法生成了HA;复合骨支架的SEM图片显示冷冻凝胶的方法形成了CS/HA凝胶,且与PCL骨支架表面黏附紧密;表面修饰后得到的PCL-CS/HA复合骨支架的力学性能比PCL骨支架略有降低,但是仍达到松质骨要求;表面水接触角由原来的65°减小为42°,改善了骨支架的亲水性,有利于细胞在支架表面的粘附;CS/HA的加入加快了骨支架的降解速度,同时能中和PCL骨支架降解时产生的酸性物质,改善了骨支架的生物相容性;体外细胞实验结果显示PCL-CS/HA浸泡液中细胞最具活性且增殖数量最多,表明CS和HA的加入有效提升了骨支架的细胞增殖活性。