【摘 要】
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由骨肿瘤、人口老龄化、创伤以及交通事故引起的骨缺损正给人们带来疼痛、残疾和丧失劳动力等痛苦,严重降低了人们的幸福指数。支架作为骨组织工程（Bone Tissue Engineering）的重要组成部分,需要有良好的力学性能,生物活性和多孔结构等。为了制备出一种理想的生物陶瓷支架,本文基于数字光处理技术（Digital Light Printing,DLP）,对羟基磷灰石复合镁黄长石生物陶瓷（HA-
【基金项目】
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国家重点研发计划项目课题:“可降解生物材料增材制造装备、工艺与植入物个性化设计软件”（2018YFB1105503）；
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由骨肿瘤、人口老龄化、创伤以及交通事故引起的骨缺损正给人们带来疼痛、残疾和丧失劳动力等痛苦,严重降低了人们的幸福指数。支架作为骨组织工程（Bone Tissue Engineering）的重要组成部分,需要有良好的力学性能,生物活性和多孔结构等。为了制备出一种理想的生物陶瓷支架,本文基于数字光处理技术（Digital Light Printing,DLP）,对羟基磷灰石复合镁黄长石生物陶瓷（HA-AK）支架的材料组分、烧结温度、结构进行优化并在最后赋予了生物陶瓷光热功能,制备出一种分级Gyroid结构的光热陶瓷支架。对相关性能进行了系统研究,结论如下:（1）基于数字光处理技术制备了均匀Gyroid结构HA-AK支架。随着生物陶瓷烧结温度的升高,陶瓷支架的孔隙率降低、抗压强度增加。在1100℃以上烧结后,镁黄长石促进HA分解为β磷酸三钙（β-TCP）进而增加了生物陶瓷的孔隙率,同时镁黄长石形成局部液相烧结促进了陶瓷致密化程度和提高了力学性能。优化的最佳参数为镁黄长石含量10%,烧结温度1100℃,此时HA-AK支架相比于HA支架孔隙率增加到80%、抗压强度维持在2 MPa,同时展现出更加优异的体外生物活性和良好的生物相容性。（2）在均匀Gyroid结构材料工艺优化基础上设计出一种径向分级Gyroid结构,外部为70%孔隙率来实现其与骨骼界面的快速结合,内部为50%孔隙率来提升力学强度。随着过渡直径由支架直径的0%增加到75%,生物陶瓷支架的抗压强度从0.87MPa增加到2.15 MPa,且整体断裂,适合松质骨修复。在降解性能上,由于陶瓷内部微孔隙的存在,所有的生物陶瓷支架都具有相近和优异的初始降解性能,一天降解率达到6%,同时生物陶瓷支架展现出优异的体外生物活性。（3）采用浸渗方法在上述陶瓷基础上制备了羟基磷灰石-镁黄长石-四氧化三铁（HA-AK-FE）陶瓷。所有的光热陶瓷圆片在4次循环下保持良好的光热稳定性。随着浸渗时间为30 min,浸渗浓度为0.31 g/mL,采用1 W功率的近红外光照射,HAAK-FE陶瓷温度升高到150℃的时间为15 s。HA-AK-FE陶瓷圆片在4 mm厚的猪皮下照射能够将温度提升至60℃,有望于在体内定向发热消融骨肿瘤,更好地治疗骨缺损。本文通过逐步对生物陶瓷支架的材料、工艺、结构及功能进行优化,制备出了力学强度满足要求、孔隙率高的理想生物陶瓷支架,并为骨组织工程的发展提供一定的借鉴。
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