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以明胶-壳聚糖(Gel-CS)多孔网络结构增强磷酸钙骨水泥(CPC)多孔支架,仿生构建多级孔结构,形成具有“支架中的支架”型结构的三维复合材料-CPC/Gel-CS多孔复合支架是制备骨组织工程材料的一种有益探索。首先考察了α-磷酸钙(α-TCP)体系CPC的固化机理与烧结特性。结果表明该CPC在100%湿度、37℃环境中固化3天即水化完全,X-射线衍射谱图(XRD)和扫描电镜(SEM)分析证实,水化产物为结晶不完善的缺钙羟基磷灰石(CDHA)。选定不同温度对其烧结特性进行考察,XRD、差示扫描量热(DSC)分析表明低温煅烧相(700℃以下)主要由CDHA和β-焦磷酸钙(β-Ca2P2O7)组成;而高温烧结相(700℃以上)由β-磷酸三钙(β-TCP)或β-TCP/HA组成。500℃煅烧和1050℃烧结相具有较好的抗压缩性能和较稳定的相态。CS致孔剂的填充对CPC水化进程的影响较小,对其烧结性能基本也不产生影响,在500℃以下即可被烧除,是一类优良的致孔剂。以CS微球(300～450μm)作为致孔剂,采用烧结成孔法制备了大孔CPC支架。对比研究了低温煅烧(500℃)和高温烧结(1050℃)大孔支架的性能。SEM观察表明,CS微球重量分数在30%以上时,形成的孔开始部分相连或只有一薄壁相隔,高温烧结支架孔的连通性更好,支架的孔隙率均在80%以上。采用CS小微球(76～108μm)和CS短纤维(直径450μm左右、长度5～8mm)以提高CPC支架的孔连通性,结果证实短纤维的效果较为优良。压缩性能测试结果显示短纤维和CS大微球的配比适宜时,支架的力学强度有明显改善。采用减压法将不同浓度Gel-CS溶液灌入CPC多孔支架中,通过冷冻干燥相分离技术制备出CPC/Gel-CS复合多孔支架,构建具备多级孔结构的三维支架,同时实现对脆性CPC多孔材料的增强。通过改变预冻温度调控Gel-CS增强海绵体的孔结构。SEM观察、力学性能和孔隙率测试结果表明,复合支架内形成了多级孔(1~10μm、80~150μm和300~500μm)相互嵌套的微结构,经复合多孔支架的压缩强度和压缩模量均提高了6～10倍,而孔隙率有所下降,但均保持在65%以上。在模拟体液(SBF)中浸泡5天后CPC/Gel-CS支架的Gel-CS膜表面沉积了大量磷酸钙盐颗粒。