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骨骼作为人体中最主要的器官之一,在人体中起着至关重要的作用。然而,目前因肿瘤和创伤而造成的大体积骨缺损仍是临床医学中常见的骨科疾病。临床上的治疗手段仍然是带血管蒂的自体骨瓣移植及异体骨移植,且来源非常有限、手术创伤大、技术要求高,存在一定的局限性。因此,开发新型骨移植替代物成为各研究者们探索的焦点,骨组织工程的诞生给研究者们及患者带来了希望。自然骨主要由水、胶原、羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,HA)组成,而HA为其主要成分。此外,3D打印挤出沉积技术由于其精准、快速、功能多样化等特点,被广泛应用于骨组织工程支架的制备。然而,在自然骨中的HA并不是纯HA,还存在一些锌、镁、锶、铜等离子。基于仿生理念,制备的仿生骨支架应当模拟自然骨的特殊结构及主要成分。以3D打印挤出沉积技术为基础制备金属阳离子掺杂仿生骨支架或将成为骨组织工程的一个亮点。通过模拟自然骨组织中的HA成分,运用3D打印挤出沉积技术、离子交换技术及烧结手段制备Sr-HA、Cu-HA支架,并对支架的理化性能、体外抗菌性能及生物学性能进行了研究。主要研究内容如下:1.将纳米HA作为原料,以海藻酸钠作为粘结剂,通过3D气动打印制备微米级HA微球,并对其尺寸、结构及生物体外学性能进行分析。结果表明,HA微球的平均球径为1.819±0.126 mm,范围在1.2～2.4 mm之间。烧结后的HA微球晶粒之间存在孔隙,晶体结构未发生变化,且对大鼠骨髓间充质干细胞(rat mesenchymal stem cells,rMSCs)无毒性作用。2.同样将纳米HA作为原料,以海藻酸钠作为粘结剂,通过3D打印挤出沉积技术、离子交换技术及烧结手段制备Sr-HA、Cu-HA支架,并分别对Sr-HA、Cu-HA支架的微观结构、机械性能、体外抗菌性能和体外生物学性能进行了研究。结果表明,Sr可以取代HA中的Ca位点,从而进入HA晶格,Cu可以取代HA中的OH位点,经过Sr、Cu改性的HA结晶度良好。10Sr-HA、5Cu-HA在同元素掺杂HA支架中的抗压强度最佳,分别为5.12 MPa、7.6 MPa。各组Cu-HA支架均具备抗菌性能,且随着Cu的掺入量增加而增强。细胞实验结果表明,各组Sr-HA支架均具有良好的生物相容性,其中,10Sr-HA促进rMSCs增殖最佳;然而,Cu-HA支架与Sr-HA支架表现不同,1Cu-HA、5Cu-HA支架表现出良好的生物相容性,而1OCu-HA、15Cu-HA支架表现出较强的毒性。综上所述,本研究3D打印制备的10Sr-HA支架具备良好的力学性能、并且在体外促进rMSCs增殖效果最佳;而制备的1Cu-HA、5Cu-HA支架同样表现出良好的力学性能,不仅有较强的抗菌性能,而且具备良好的生物相容性。三种支架都是具有潜力的骨缺损修复材料,在骨组织工程中均具有一定的应用前景。