目前修复大块骨缺损的核心方法是将生物活性陶瓷等骨填充基质制各成多孔支架材料，并植入缺损部位。采用三维打印技术制备的骨修复支架克服了传统方法力学强度低、孔道不连通，不均一等不足，但其主要缺点是宏观上缺乏多级孔结构，精细程度较低，微观方面支架表面缺乏有利于细胞生长的微纳结构，而骨修复支架宏观大孔形貌与孔壁表面微纳米结构的调控，对其理化性能以及成骨干细胞的粘附、增殖、分化都有重要的影响。因此，本论文首先采用三维打印技术成功制备了几种典型的生物陶瓷骨修复支架，结合多种方法对其宏观微观结构进行有效调控，并进一步探究可控的宏微观结构对其体内外成骨相关的生物学效应的影响。主要研究内容结果如下:　　1.首先运用三维打印成型技术，并设计打印程序，优化打印参数，成功制备了具有不同宏观大孔结构（正方形、三角形、平行四边形）的NAGEL(Ca7Si2P2O16)生物陶瓷支架。不同的大孔结构在很大程度上影响着NAGEL支架的力学性能及对成骨细胞的生物学活性。三维打印NAGEL陶瓷支架相比于同种方法制备的β-磷酸三钙(β-TCP)支架，具有更高的抗压强度、抗压模量以及更优越的降解性能，而正方形大孔结构的NAGEL陶瓷支架其力学性能与降解能力均显著高于三角形和平行四边形组。体外成骨活性方面，NAGEL支架能够很好地支持成骨细胞在其表面及内部的粘附、增殖以及分化。而具有平行四边形大孔结构的NAGEL支架，相比于其他大孔形状的NAGEL支架以及各组β-TCP支架，有着最高的细胞增殖能力和最高的ALP活性表达。此外还发现，相比于β-TCP组，NAGEL支架的浸提液离子产物能够更有效促进内皮细胞HUVECs的增殖，并能够显著促进HUVECs管状形成及相关成血管基因VEGF及其受体KDR的成血管活性表达。以上结果表明，三维打印NAGEL陶瓷支架的可控的大孔宏观结构与其自身的活性组成协同，使其具有优异的力学强度、降解性能，以及体外成骨、成血管生物活性。　　2.为提高大孔骨修复陶瓷支架的细胞粘附率，将三维打印成型技术与冷冻干燥法相结合，成功制备了具有多级孔道结构的生物陶瓷/丝素蛋白支架，并设计了不同丝素蛋白溶液的起始浓度。制得的生物陶瓷/蛋白多级孔支架的多级结构由陶瓷支架宏观大孔的第一级大孔结构(孔大小约1mm)，以及丝素蛋白基质形成的微孔第二级孔结构(孔大小约50-100μm)所构成，其抗压强度超过了25MPa，基本符合人体对非承重骨修复的要求。制备的生物陶瓷/蛋白多级孔支架具有优异的矿化能力，无论是在陶瓷孔壁，还是在丝素蛋白基质，都能够在其表面诱导类骨磷灰石的沉积，且矿化能力随着丝素蛋白初始浓度的增加而有所增强。而且，生物陶瓷/蛋白多级孔支架相比于单一大孔结构的纯陶瓷支架，其细胞粘附能力得到了显著的提高，其优化的细胞粘附率为纯陶瓷支架的近4倍。大大提高的细胞粘附率并促进了生物陶瓷/蛋白多级孔支架对BMSCs的增殖、ALP表达与成骨相关基因的表达。进一步体内研究发现生物陶瓷/蛋白多级孔支架在植入体内12周后，能够诱导更多新生骨组织的生成。实验结果表明，三维打印技术与冷冻干燥相结合是在三维打印生物陶瓷支架上构建多级孔结构的简单有效的可行策略，并能显著地促进骨修复支架的细胞粘附效率与体内外成骨活性。　　3.在生物陶瓷骨修复支架的微观结构调控方面，受到海洋生物贻贝广泛粘性的启发，利用多巴胺的聚合自组装特性，成功制备了具有聚多巴胺诱导的纳米杂化层的镁黄长石二维陶瓷材料及具有45-90-135°交错结构的三维打印β-TCP陶瓷支架。聚多巴胺纳米层能够显著地提高生物陶瓷的表面粗糙度、亲水性及早期的矿化能力。此外，分别设计了两种不同的多巴胺溶液，DOPA-Tris以及DOPA-SBF溶液对支架进行预处理，以探究Ca，P离子浓度对聚多巴胺纳米杂化层的影响。在经过对反应时间、多巴胺浓度、溶液pH等一系列条件进行调节的预实验后，最终选取多巴胺浓度4mg/mL,pH8.0，反应时间4天的条件，在TCP支架孔壁表面得到具有最为均匀、典型纳米结构的聚多巴胺杂化层。所得的纳米颗粒结构尺寸约为50nm，与45-90-135°的交错结构形成的三角形的大孔形貌(约为200μm)共同构成具有多级结构的三维打印β-TCP支架。各项表征结果表明，在经多巴胺修饰后的陶瓷材料表面形成了一层Ca，P螯合的聚多巴胺纳米杂化层，且在TCP-DOPA-SBF支架组中效果更为明显。在对成骨细胞的培养过程中，TCP-DOPA-SBF支架还由于其表面含有大量螯合的Ca，P离子而发生二次矿化，生成了花瓣状的羟基磷灰石沉积。体外成骨活性评估表明，聚多巴胺纳米层能够很好的促进成骨细胞在其表面的粘附、增殖、ALP活性及成骨相关基因的表达水平，以及脐静脉内皮细胞(HUVECs)的各项成血管活性，而TCP-DOPA-SBF支架则在三组材料中表现出最为优异的体外成骨/成血管活性。最后还发现，相比于纯TCP支架，TCP-DOPA-SBF与TCP-DOPA-Tris支架能够在兔股骨缺损体内模型中诱导更多新骨的形成与再生。以上结果表明，利用Ca，P螯合聚多巴胺纳米杂化层在三维打印大孔生物陶瓷支架表面构建多级结构是一种简便而行之有效的方法，并能够进一步促进支架材料的成骨与成血管活性。　　4.在分别对生物陶瓷支架进行宏观结构调控与表面微纳结构构建的基础上，实现了对生物陶瓷骨修复支架宏观结构与微观结构的双重调控。选取有代表性的Ca-Si基生物陶瓷AKT为研究对象，一方面通过加入海藻酸钠并调节各组分之间的配比，以优化陶瓷粉体浆料，使其具有较高的流变学性能与力学稳定性;另一方面设计出具有壳核结构的共轴同心圆打印针头。在此基础之上，利用三维打印技术成功制备了具有空心管状结构的AKT陶瓷支架(AKT-H)，显著提高了支架的孔隙率。进一步利用水热处理，在AKT-H支架的外表面及空心管内壁表面构建了分布均匀的纳米结构矿化沉积，实现了对AKT支架宏观空心管构型与微观表面纳米结构的双重构建。此外，通过选取不同pH的水热体系，调节水热温度与反应时间，可以得到不同形貌与尺寸的表面微纳结构。以上结果表明，将优化浆料及改良针头装置后的三维打印成型与水热处理相结合，是一种在三维打印生物陶瓷支架上构建兼具宏观空心管与微观表面纳米结构的有效手段，后续体内外实验正在进一步实验中。　　综上所述，通过三维打印中的计算机设计编程、打印针头设计，并辅以冷冻干燥、多巴胺化学修饰、水热处理等多种简便有效的方法，对三维打印生物活性陶瓷支架的宏观微观结构进行了有效的调控，并显著提高了生物陶瓷支架的理化性能，促进了其体内外成骨、成血管活性。这些发现对于设计与制备更为理想的骨修复支架材料具有很好的参考价值。