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3D生物打印技术是以细胞和生物墨水为打印原料,在体外精确构建载细胞的类组织/器官模型,是目前3D打印领域的前沿研究方向,在生物医学领域如组织工程、再生医学、药物高通量筛选、疾病机理探索和治疗研究等具有极大的研究和应用价值。3D生物打印面临的最大挑战是如何保护和提高敏感细胞的生物活性。除打印方式和细胞的优化选择外,3D生物打印墨水的理化性能对保护、维持和提高细胞活性及功能扮演关键作用。但是,由于缺乏合适打印性的生物墨水导致打印后对细胞活性和功能表达作用有限,限制了3D生物打印技术的发展。目前,国内外研究者主要利用海藻酸盐、明胶、纤维素等天然水凝胶生物墨水进行3D生物打印的研究,但天然水凝胶墨水由于挤出时剪切力较大导致打印后细胞活性低,且存在力学性能不足和生物活性有限等问题。因此,需要研发具有保护、维持、提高细胞活性和细胞功能的生物墨水,即要求生物墨水需要同时满足具有良好打印性（注射性和成型性）、力学支撑性、生物相容性和生物活性。可触变性生物材料是一种承受剪切力粘度会降低（剪切稀化行为）,而去除剪切力粘度能恢复的材料,可触变性保证材料同时具有较好的注射性和成型性。有机水凝胶材料具有生物相容性好,力学可控性高等优点,如海藻酸钠和结冷胶。磷酸镁基无机材料具有优异的生物活性,已经被应用在骨组织工程中。因此,本论文目的是基于触变性研究一种具有保护、维持和提高细胞生物活性的剪切稀化有机/无机复合生物墨水,并应用在挤出式3D生物打印中。首先研制一种具有生物活性的纳米无机可触变性磷酸镁基（Thixotropic magnesium phosphate-based gel,TMP-BG）凝胶材料,改善生物墨水可打印性和生物活性,并应用于3D打印中;利用刚性的结冷胶（Gellan gum,GG）和柔性的海藻酸钠（Sodium alginate,SA）作为有机骨架杂化磷酸镁基凝胶制备有机/无机复合生物墨水,研究复合墨水的载细胞3D生物打印性;最后,通过动物实验研究有机/无机复合生物墨水促进骨/软骨修复能力。本论文的主要内容及结论如下:（1）采用溶胶-凝胶法,以H3PO4、Mg（OH）2和NaOH为原料制备TMP-BG,通过调节反应物之间的比例,获得三种能稳定成胶的TMP-BG制备参数。X射线衍射仪（X-ray Diffraction,XRD）和傅里叶红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR）结果分析表明TMP-BG最主要的成分为MgNa3H（PO4）2,部分样品含有少量Mg3（PO4）2·8H2O,通过分析确定了制备TMP-BG的化学反应方程式。SEM、TEM和激光粒度结果显示TMP-BG由大量尺寸5-10 nm纳米MgNa3H（PO4）2颗粒构成,空间上形成一个三维团聚体。流变学结果表明TMP-BG不仅具有剪切稀化行为,而且具有触变性,保证TMP-BG能够同时具有较好的注射性和成型性。由于MgNa3H（PO4）2颗粒表面可能同时具有不均匀的正负电荷分布,从而推测出颗粒间通过静电引力形成一种可逆的典型“卡片宫”式结构,这是TMP-BG成胶和触变性的机理。采用挤出式3D打印结果表明TMP-BG具有良好的打印性,打印过程无堵塞情况,其注射率可达93%,且能够打印大尺寸格子（45×45×5 mm）和复杂的关节头、耳朵轮廓模型等仿生三维结构,具有良好的成型性。将TMP-BG与MG-63细胞共培养,结果表明共培养7天后,MG-63细胞的活性高于85%,MG-63细胞在材料表面粘附和铺展良好,表明TMP-BG具有较好的生物相容性。（2）基于水凝胶的成胶性与力学性能优化SA与GG的比例,结果表明SA和GG性能互补,SA提高GG的韧性;GG弥补SA的力学强度不足,且减少了SA成胶后体积收缩变形。其次,通过有机/无机杂化的方法,将SA和GG与TMP-BG进行杂化获得了四种配比的三元复合生物墨水（SA-GG/TMP-BG）。基于复合墨水的流变学性能,成胶后的力学强度,打印性和细胞相容性进一步优化了四种复合生物墨水的配比。流变学结果表明,制备的复合墨水具有较好的剪切稀化行为。成胶后的SA-GG/TMP-BG支架压缩模量大小范围为118-299 kPa。支架的SEM结果显示,TMP-BG会均匀分布在SA-GG水凝胶的网络孔隙内部,降低了水凝胶的孔隙尺寸;FTIR结果表明GG-SA与TMP-BG之间没有发生较强的相互作用。通过体外仿生矿化实验发现SA-GG/TMP-BG支架能够促进类骨磷灰石生成,最终转化成羟基磷灰石（HA）;细胞实验表明SA-GG/TMP-BG支架能够促进MG-63细胞增殖,铺展和粘附,表明SA-GG/TMP-BG具有一定的生物活性。3D打印实验结果表明SA-GG/TMP-BG复合生物墨水具有较好的均匀性,注射性和成型性,能够打印复杂的仿生结构。与MG-63细胞均匀混合后进行3D生物打印,共培养7天,结果表明打印后MG-63细胞在三维支架内部分布均匀,细胞正常增殖5天后,细胞增殖率最高为150%,与非打印组相比具有较高的细胞活性。（3）研究TMP-BG对SA-GG水凝胶的理化性能和生物活性的影响。制备不同含量TMP-BG的SA-GG/TMP-BG复合支架,SEM结果显示随着TMP-BG的增加,复合支架的孔隙率和孔隙尺寸逐渐降低。相应地复合支架压缩强度逐渐降低,在TMP-BG为60%（v/v）时,SA-GG/TMP-BG复合水凝胶支架压缩模量为110 kPa,通过改变TMP-BG的比例可以调控复合支架力学性能。此外,SA-GG/TMP-BG能够上调共培养MG-63细胞成骨相关基因（Col-I、RunX2、ALP、OPN和OCN）的表达;动物实验表明SA-GG/TMP-BG复合支架与SA-GG和control组相比,修复12 w后,软骨组织修复良好且成熟度较高;相应地软骨下骨生成率约为35.27%,分别是SA-GG和control组1.5和2倍。表明SA-GG/TMP-BG复合支架具有促进骨/软骨修复的能力。综上,本论文以刚性的结冷胶和柔性的海藻酸钠作为有机骨架杂化可触变性磷酸镁基凝胶,制备出SA-GG/TMP-BG复合生物墨水。这种生物墨水具有良好的注射性和成型性,同时具有一定的力学强度可控性,能够与细胞体外共打印成类组织/器官;细胞学和动物学实验表明SA-GG/TMP-BG复合生物墨水具有较好的生物活性,有望促进骨/软骨以及其他组织的修复和再生,这为设计新型功能化生物墨水提供了研究思路,为体外打印具有功能化的载细胞三维仿生结构提供了材料基础。