现在每年因某些外部因素如肿瘤、事故以及先天缺陷骨缺损的人达到300多万人,若不能进行及时治疗,患者可能会面临截肢的风险,因此寻找骨缺损替代物尤为重要。如果植入人体是不可降解的生物材料,则对人体始终是潜在的风险。因此制备出可以促进细胞生长,诱导细胞特异性分化,降解速率与成骨速率相匹配,具有一定的骨力学性能以及适应人体不同部位缺损个性化定制的支架具有重要的意义。骨组织工程支架是目前最为理想的人体骨缺损替代物,但是存在生物活性、降解性能、机械性能等达不到需求。而应用于组织工程的骨支架结构及材料、制备方法决定着仿生人工骨支架此类性能,因此本文对工程骨支架的结构研究、材料的使用和支架的制备方法进行研究。三重周期极小曲面不仅存在于自然物中如甲壳虫等而且具有良好的结构;生物活性玻璃是现存人工骨支架制备的材料之一,具有优良的生物活性及力学性能;光固化3D打印技术可以根据患者的需求个性化定制,并且具有精度高的特性。因此我将以此为基础展开我的课题研究,通过构建不同的支架结构利用有限元分析软件对其进行性能分析,获得最优的支架结构,然后利用70S生物活性玻璃生物活性、优良的降解性等优点,3D打印的可控成型。构建适用于下颌骨缺损部位,具有诱导骨组织再生,并且力学性能与人骨力学相匹配的人工骨支架。主要研究工作如下:1.人工骨支架的设计与模拟计算针对目前仿生骨微孔结构存在的问题,以天然骨微孔结构为基础,通过MATLAB、HYPERMESH、ANSYS等软件设计了以传统表面与三重周期最小表面为基本的微孔结构模型。通过ANSYS Workbench对模型进行性能的计算,获得孔形貌、孔隙率对模型的影响规律。结果表明三重周期极小曲面结构模型性能比传统表面模型优异。2.生物活性玻璃材料的制备针对工程骨支架构建所需的材料,选用70S生物活性玻璃。使用磷酸三乙酯与正硅酸乙酯作为原料采用溶胶-凝胶法制备,通过干燥、烧结、破碎制备出白色粉体。使用XRD、SEM、傅里叶红外光谱、SBF、以及力学分析等方法对材料进行测试分析,结果得出制备出的粉体是70S生物活性玻璃并且在SBF溶液中浸泡会生长出人体所需羟基磷灰石,说明溶胶-凝胶法制备出的70S生物活性玻璃具备生物活性可用于人体。3.光固化3D打印生物活性玻璃支架并进行实验针对组织工程骨支架的制备,通过光固化3D打印技术打印出10mm立方体的P\W两种模型。可以看出结构完整并且具有联通的孔隙率与设计的模型基本一致。通过对其力学性能检测,直至应变达到0.3%测出支架的应力W型分别为6.85 MPa、6.74 MPa、6.47 MPa,P型分别为5.76 MPa、5.68 MPa、5.42 MPa。均满足人体所需,而且与有限元分析结果一样。通过实验结果可以说明ANSYS有限元分析可以为制备支架实验做出一个数据基础,溶胶-凝胶法制备的生物活性玻璃具有优良的生物活性,SLA3D打印技术具有精准、个性化定制的优势打印出的支架完全可以满足人体所需性能。因此本文中制备的支架可以用于人体作为骨缺损修复。