纤维素纳米晶（Cellulose Nanocrystals,CNC）是以纤维素为原材料制备出的一种机械性能优异、良好亲水性、降解性好的纳米材料,同时它也是一种能使聚合物性能得到有效改善的材料。纤维素大量存在于各种草类植物中,广泛用于生物材料的原材料。聚己内酯（polycaprolactone,PCL）普遍被当作3D打印的理想材料来源,具有适用于组织工程和生物医学的潜力。以酸水解法制备的CNC作为增强材料,制备了不同CNC加载量的CNC/PCL组织工程支架,PCL支架的力学性能得到增强,同时PCL的热力学性能得到改善。本文系统研究了CNC/PCL复合材料作为组织工程气管支架材料的可行性以及3D打印组织工程气管支架的制备工艺方法,并提出一种结合3D生物打印和静电纺丝技术制备纳米复合材料的新方法,取得了一些具有创新意义的成果:（1）从葎草茎（Humulus japonicus stems,HJS）中应用硫酸水解法提取CNC,再通过高温高压的操作制备出存在较高长径比的CNC当作纳米材料的增强材料,和PCL复合制备获得不同配比的3D打印材料,并经过SEM、XRD、FTIR、DSC等表征方法对支架的化学性能进行分析,再对材料的生物相容性以及力学性能开展测试,证明了该材料作为组织工程支架材料是可行的。研究结果表明:通过SEM看出,相比纯PCL,CNC-5/PCL复合材料的微观架构更为紧凑有序,稳定性也非常高。通过DSC和XRD试验表明,伴随CNC的不断增多,CNC/PCL复合材料的熔点、结晶度先提升,CNC含量达到3%时达到最大后降低。伴随CNC含量的增多,支架的力学性能得到明显改善,当CNC含量达到5%时,拉伸强度达到最大值,比PCL支架提升了约19%。通过间充质干细胞（mesenchymal stem cells,MSCs）培养测试CNC/PCL纳米复合材料的生物相容性,3%含量CNC的复合材料上的细胞能够正常生长,具有良好的生物相容性。因此,CNC/PCL作为组织工程支架材料满足化学稳定性、良好的机械性能和生物相容性的要求。（2）建立了 CNC/PCL复合材料流变性能的理论模型,并通过流变仪测量了复合材料的流变参数,采用仿真和实验相结合的方法对CNC/PCL打印工艺进行了一系列探索工作,最终完成了 CNC/PCL复合材料的高精度3D打印。研究结果表明:在理论模型内,CNC/PCL复合材料呈现出剪切变稀的特征,即随着温度升高,PCL的粘度随之下降,之后运用Fluent软件对复合材料的流体状态、速度场和压力场等相关指标进行了模拟仿真,分析了 3D打印技术制作出的复合材料的流动特点以及打印成型机理,经过温度场以及速度场等相关的分析能够获得复合材料的3D打印流程属于从固态分离的材料转变为熔融态混合,冷却后逐渐形成固态混合体的阶段。在流道内复合材料温度的变化范围为40℃至100℃,流速主要是通过螺杆速度决定。最后,对3D打印技术开展了实验分析,并对相关参数进行了优化。探究了在打印过程中发现,打印温度、打印速度等相关参数影响着复合材料的拉伸强度以及表面粗糙度。经过正交试验、极差分析以及优化实验,明确了 3D打印PCL/CNC复合材料最适应的打印参数:打印温度为100℃,螺杆速度0.8r/s,打印速度为5mm/s。（3）对于生物复合材料的力学性能的检测是微小变形的检测的问题,现阶段难以找到能符合测试精度要求的专业测量仪器,常规的硬度仪或是拉伸试验仪无法满足支架力学性能的要求这一问题。本文研发了一款具有自动检测硬度和韧性的测试系统,来解决检测生物支架力学性能的这一难题。本测试系统选取了两组差动电桥完成应力和应变的输出,在基于湿度、温度与应变速度恒定的前提下开展不同方式的力学试验,获取材料的各项力学性能。对于复合生物材料的特殊性,通过对纳米纤维素和聚己内酯组成生物复合材料进行设备的测试,来验证本测试系统能否满足要求。研究结果表明:通过试验,本文开发研究的测试系统能够准确反应生物材料支架的力学性能,将被测支架的“力-位移”加载曲线斜率作为支架的韧性/硬度的表征,能够直观支架的力学性能的好坏,同时本测试系统的精度能够达到0.01,这对3D生物打印技术运用到组织修复的建立具有理论依据和应用价值。（4）依照3D打印气管支架的填充模型差异对其具体的孔隙参数以及力学性能的作用,首先,设想了一种全新的气管支架3D打印凹六边形填充模型,然后,运用CAD软件构建了具有差异化填充模型的支架模型,分析了其孔隙率和弹性模量等相关指标,最后,深入对比了不同填充模型的3D打印所获得的气管支架在不同方向上的力学性能。研究结果表明:所设想的凹六边形填充模型能够在确保孔隙率的基础上降低支架打印阶段中的搭接长度。从力学性能的角度来分析,与正交和三角形填充模型相比,当孔隙率都为60%,选取凹六边形填充模型的3D打印支架弹性模量等于1.04MPa,而采用三角和正交填充模型时,模量依次为0.72 MPa和0.81 MPa,这意味着当三种填充模型打印具有相同孔隙率的支架时,凹六边形填充模型支架的弹性模量最高,具有更好的弹性来应对气管需要抵抗横向变形的问题。（5）为了克服传统支架的生物和力学性能不好的缺点,开发了一种新型组织工程气管支架制备方法,目的是制备力学性能和生物性能更好的气管支架。气管复合支架是利用现有的设备和技术,结合3D生物打印和静电纺丝制备而成,使用CNC/PCL复合材料通过3D生物打印可获得气管支架的内层,而支架外层可通过静电纺丝在内层表面电纺形成。研究结果表明:根据力学性能测试和生物相容性测试,3D生物打印融合静电纺丝技术制备的支架的力学性能的拉伸强度达到19.5±1.2Mpa,显著优于单一 3D生物打印的支架,在气管支架上培养的细胞粘附和生长数量也高于单独3D生物打印制备的支架。