因创伤、肿瘤和疾病等原因造成的骨缺损是临床医学中常见的骨科病症。目前临床上治疗骨缺损最常用的方法有自体骨移植和异体骨移植等,但这些方法均存在各自的局限性(如供体有限、易引发免疫排斥反应等),从而限制了它们在骨修复中的应用,骨组织工程为骨缺损的修复带来了曙光。基于天然骨主要是由胶原纤维、羟基磷灰石(HA)晶体组成的生物矿化体系和具有独特的有机/无机分级结构,理想的仿生骨支架的开发就需要模拟天然骨的主要成分和特殊结构。近年来,电沉积技术在生物医学中的应用日趋广泛,特别是在构建骨支架方面,从金属涂层的制备逐渐向聚合物基底的沉积发展。电沉积能够通过一步法在许多基底材料上沉积磷灰石矿物或其他粒子,与其他技术相比拥有很多优点,如设备简单、易操作,反应条件温和,生产成本低;沉积速度快;沉积物比较均匀等。如果能在聚合物基底上通过电沉积技术沉积骨盐成分,制备可降解的有机/无机复合材料,在结构、成分和功能上仿生天然骨,这将对仿生骨支架的研究具有重要的理论价值和应用前景。基于此,本课题以聚合物为沉积模板,通过电沉积技术制备有机/无机复合仿生骨支架,并对复合支架的理化性能和体内外诱导成骨能力进行研究。具体研究内容主要有:1.首先以聚合物为沉积模板,探究影响电沉积骨盐成分的因素。选取了三种聚合物电纺膜为沉积模板:左旋聚乳酸(plla)、胶原蛋白和壳聚糖;四种金属电极为工作电极:铜(cu)、镍(ni)、钛(ti)和不锈钢(ss),研究了这三种聚合物材料和四种金属电极对沉积磷酸钙盐形貌和结构的影响。结果表明,基底材料能够影响磷酸钙盐的形貌,而其组成差别不大,主要以ha为主。不同的金属电极对磷酸钙盐的形貌和组成均有影响。随后进一步选择plla膜为沉积模板和铜电极为工作电极,研究沉积时间、沉积电压和沉积温度对沉积磷酸钙盐形貌和结构的影响。结果表明,不同的沉积参数使磷酸钙盐晶体呈现不同的形貌和组成,只有在适宜的沉积电压、温度和时间下,才能够生成均一的磷酸钙盐涂层。通过对沉积机理的分析研究,发现涉及的因素主要对磷酸钙盐晶体的成核与生长产生影响。2.进一步研究了电沉积技术对三维支架上磷酸钙盐沉积的影响,并制备有机/无机复合三维支架。采用热致相分离(tips)技术制备具有三维、纳米纤维和多孔结构的plla/聚己内酯(pcl)支架,通过电沉积技术对三维支架进行磷酸钙盐的沉积,获得plla/pcl矿化支架。通过研究沉积电压和时间对支架矿化的影响,得到了纯度较高的ha矿物,且制得的矿化支架能保持多孔结构。为研究矿化支架的体外成骨潜能,将骨髓间充质干细胞(bmscs)种植到支架上并进行培养,发现矿化支架能够促进细胞粘附、提高碱性磷酸酶(alp)活性和促进矿物基质形成。将矿化前后的复合支架植入sd大鼠的颅骨缺损部位12w后,发现矿化支架能够加速颅骨缺损的修复。综上所述,矿化支架从成分上模拟天然骨的无机成分,并结合可降解的聚合物材料,制备的复合支架具有三维多孔纳米纤维结构,能在很大程度上仿生细胞外基质的结构。因此,制备的三维矿化支架很有潜力用于骨组织工程中。3.为探讨添加剂对磷酸钙盐晶体沉积的影响以及对干细胞成骨分化的影响,将锶盐加入到电解液中,探究其对磷酸盐矿化过程的影响。制备plla电纺膜为沉积模板,将不同量的硝酸锶加到电解液中,制备不同浓度的含锶电解液,通过电沉积技术对plla膜进行矿化,采用不同技术研究锶的掺入对沉积的磷酸钙盐晶体的影响。将复合纳米纤维膜与bmscs共培养,研究锶的掺入对细胞增殖和向成骨分化的影响。通过扫描电子显微镜(sem)观察,锶的掺入对沉积物的形貌产生了影响。随着锶浓度的增加,矿物晶体由花簇状变为片状,最后变为球状,且锶的掺入增强了晶体的分散性、使晶型由多晶变为类似单晶的形态。由离子释放行为曲线可以看出,锶的掺入加速了矿物晶体中钙离子和磷酸根离子的释放。细胞实验结果表明,一定浓度锶的掺入能够促进bmscs的增殖,增强alp的活性,提高钙结节的沉积以及骨钙素(ocn)的表达;在一定范围内,掺入锶的含量越高,对细胞的增殖和分化的促进作用越明显。4.进一步研究了电沉积技术在材料表面引入成骨性微载体的可行性,以构建功能性有机/无机骨修复材料。首先合成了氨基化的介孔硅(msns-nh2),用来负载具有成骨潜能的小分子药物地塞米松(dex),制得dex@msns-nh2微载体;采用电沉积技术将其沉积到PLLA/PCL三维支架上,得到DEX@MSNs-NH2/PLLA/PCL复合支架。实验结果表明在沉积电压为3 V时,DEX@MSNs-NH2能够均匀地沉积在PLLA/PCL支架上,获得的复合支架仍能保持三维、多孔和纳米纤维的结构,这将有利于细胞的粘附和向内长入。通过在复合支架上种植BMSCs,研究其对细胞的骨诱导性;并将复合支架植入SD大鼠颅骨缺损处,评估其体内骨修复能力。细胞实验表明复合支架能够支撑BMSCs的粘附、生长和迁移。由ALP活性、茜素红(ARS)染色和骨钙素(OCN)染色结果表明,与PLLA/PCL和MSNs-NH2/PLLA/PCL支架相比,DEX@MSNs-NH2/PLLA/PCL复合支架对BMSCs的成骨分化具有更好的诱导作用。体内颅骨缺损修复实验进一步表明,制得的DEX@MSNs-NH2/PLLA/PCL复合支架能够支撑颅骨缺损处细胞的粘附和迁移,进而加速骨缺损的修复。因此,制备的功能性DEX@MSNs-NH2/PLLA/PCL复合支架有望开发成为有效的骨修复材料。