研究目的:外伤、肿瘤及感染造成的骨组织大面积丧失常常对患者的身心健康造成巨大的伤害。虽然骨组织具有显著的再生特性,但复杂的大面积骨缺损会因愈合延迟、继发感染等问题最终难以自愈。现如今作为修复骨缺损“黄金标准”的自体骨移植存在供体部位有限、增加二次创伤等缺点,而同种异体骨移植则存在着免疫排斥、病原体传播等风险,为骨缺损的临床重建工作带来了巨大的挑战,骨组织工程技术也因此应运而生,为骨缺损的治疗带来了希望。骨组织工程是采用具有适当机械性能的可降解生物支架材料植入骨缺损部位,作为类似天然细胞外基质的临时模版,促进间充质细胞的黏附、增殖、成骨分化直到产生新生骨基质。常见的骨支架材料例如海藻酸钠(Sodium alginate,SA)、壳聚糖(Chitosan,CS)、胶原等虽具有良好的生物相容性,但机械性能低,降解速度过快无法与新生骨组织的形成速度相匹配而无法广泛应用。所以开发兼具生物学性能好,机械性能适当、降解速率可控的支架材料刻不容缓。氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)具有二维单层碳原子结构,表面含有大量的含氧官能团,具有高比表面积,高机械性能等优点,在生物成像、载药和组织工程中具有广阔应用前景,因此,众多学者将GO作为添加剂复合到支架材料中,以改善支架的机械性能及降解速率,同时促进细胞的黏附和增殖。本实验拟将不同重量百分比的GO掺入到生物相容性好的SA、CS材料中,通过冷冻干燥技术构建复合支架材料,研究不同含量的GO对支架理化和生物学性能的影响,并得出复合支架中GO最佳含量,以期能开发一种机械性能增强,生物性能提高的新型骨支架材料。研究方法:1、GO-SA-CS复合支架的合成通过冷冻干燥法分别制备氧化石墨烯重量百分比为0 wt%,0.3 wt%,0.5wt%,0.7 wt%和1 wt%的GO-SA-CS复合支架。其中SA-CS为对照组,0.3 wt%,0.5 wt%,0.7 wt%,1 wt%GO-SA-CS为实验组。2、利用傅立叶红外光谱分析复合支架化学组成结构;扫描电子显微镜观察支架内部微观结构并计算孔径大小;溶胀实验检测支架溶胀比;液体置换法计算支架孔隙率;体外降解实验评估支架的降解性能;电子万能试验机检测支架的机械性能。3、采用CCK-8试剂盒检测各组支架浸提液对小鼠前成骨细胞(MC3T3-E1)的体外细胞毒性。研究结果:1、傅立叶红外光谱分析到的特异性吸收峰证明我们成功地合成了SA-CS和GO-SA-CS复合支架材料;室温下,各组复合支架均为海绵状固态结构,表面可见微小孔隙,对照组支架呈现白色,而实验组支架随着GO含量的增加,颜色呈棕褐色。2、在扫描电镜下观察,各组支架内部都具有相似的三维网状结构,与单纯SA-CS支架相比,GO加入会使得支架孔径尺寸缩小,孔壁厚度增加,而且与GO含量成正比。3、实验组支架与对照组SA-CS支架相比,随着GO含量的升高,支架的机械性能改善,组间比较差异具有统计学意义(P<0.05);降解速率也随之下降,结果显示在体外降解的第21天,对照组支架降解率高达64.41%,而GO的加入使降解率都降低到50%以下,且含量越高,降解速率越为缓慢。溶胀比结果表明随GO含量的增加,支架的溶胀比逐渐降低,组间比较差异具有统计学意义(P<0.05);孔隙率结果显示GO的加入对各组支架孔隙率的影响差异不明显,组间比较差异不具有统计学意义(P>0.05)。4、体外细胞毒性结果表明,当GO含量为0.3 wt%时,细胞存活率最高,而当GO含量达到0.7 wt%,1 wt%时,细胞活性会被明显抑制,造成细胞死亡。研究结论:1、成功合成了不同GO含量(0 wt%,0.3 wt%,0.5 wt%,0.7 wt%,1 wt%)的GO-SA-CS复合支架。2、GO加入后的复合支架在溶胀比、降解速率和机械性能方面展现一定的优势,细胞毒性结果也显示GO含量为0.3 wt%时,复合支架的生物相容性达到最佳,综合支架物理表征结果,最终得出GO改善SA-CS支架的最优浓度为0.3 wt%,为GO在后期实验中奠定良好的基础。