人类的生活水平不断提高,社会人口老龄化也日渐加重,由此带来的骨质疏松疾病以及工业、交通、体育等所造成的意外伤害的不断上升,人们对骨修复材料的性能和需求量提出了更高的要求。而骨组织工程就是通过与生物材料,细胞和信号因子相结合的方式来开发替代传统骨移植物以修复或重建骨缺损的一种手段。而支架是组织再生的决定性因素,因为它们能够给移植的细胞提供必要的机械支撑和物理结构以便于其在材料上粘附、生长并且维持它们的生理功能。3D打印又被称为快速成型或增材制造,是一种利用3D数据模型来制造实物的过程。三维打印技术的主要作用就是构建支架,这些支架提供了细胞迁移、粘附和最终成熟的模板。支架的主要成分为生物玻璃,是指能实现特定的生物、生理功能的玻璃。将生物玻璃制成的支架移植入骨缺损部位,周边骨组织能与其直接结合,从而发挥形态结构及功能的修复的作用。而文中所提到的硼硅酸盐是新型的生物材料,不仅能够通过转化为羟基磷灰石来促进骨修复,还能通过硼酸盐诱导骨再生的活性来促进骨修复。基于当前环境主要采用的45S5玻璃,不容忽视的是运用常规高温熔融法制备的45S5生物玻璃块体材料脆性大,因而迄今常以片状、微细粉末等形式用于牙周骨和非承重骨缺损修复。本实验室进行了部分改进采用具有更好成骨分化能力,更好的机械性能及生物降解性的58S(摩尔比:SiO2:CaO:P2O5=60:36:4)-B生物玻璃进行实验。主要研究内容包括以下几个方面:1.在硅酸盐生物玻璃,58S玻璃中引入B2O3,制备不同硼含量(质量百分比为0,9.7,19.4,38.8)的用于骨组织工程材料的硼硅酸盐玻璃,我们分别称它们为58S-0B,58S-1B,58S-1.5B,58S-2B。用于接下来的生物玻璃支架制备及性能研究。2.以海藻酸钠作为交联剂,通过3D打印挤出沉积技术及烧结手段制备58S-0B,58S-1B,58S-1.5B,58S-2B 支架,并分别对 58S-0B,58S-1B,58S-1.5B 及58S-2B支架的微观结构、机械性能和体外生物学性能进行了研究。结果:①微观结构:通过扫描电镜可以很好的看出经过降解实验后的支架表面的矿化现象,随着含硼量的提高,矿化现象越明显。②机械性能:通过抗压测试可以得出硼含量越高抗压性能越好。③生物活性:随着硼含量提高,硼硅酸盐玻璃的羟基磷灰石生成速度加快,说明它们的生物活性逐渐提高,同时降解速率也呈现上升趋势。④细胞相容性:硼含量高的玻璃,对成骨细胞生长有抑制作用;但在玻璃片界面附近或玻璃片表面的成骨细胞,总体上仍然有较高的存活率,呈现出良好的生长形态。3.以海藻酸钠作为交联剂,通过3D打印挤出沉积技术制备为烧结的58S-1B支架,分别在600℃,800℃,1000℃和1200℃的环境下进行烧结得到我们所需的四种支架。分别对他们进行微观结构、机械性能和体外生物学性能进行了研究。结果:①微观结构:通过扫描电镜可以很好的看出经过降解实验后的支架表面的矿化现象,随着烧结温度的提高,矿化现象越不明显。②机械性能:通过抗压测试可以得出烧结温度越高抗压性能越好。③生物活性:随着烧结温度的提高,硼硅酸盐玻璃的羟基磷灰石生成速度降低,说明它们的生物活性逐渐降低,同时它的降解速率也呈现下降趋势。④细胞相容性:烧结温度高的玻璃,对成骨细胞生长有抑制作用;但在玻璃片界面附近或玻璃片表面的成骨细胞,总体上仍然有较高的存活率,呈现出良好的生长形态。综上所述,本研究制备的3D打印58S-B支架都具备良好的力学性能(除去600℃下烧结)、并且能够在体外促进rMSCs增殖,通过控制支架内含硼量的不同和烧结温度的不同,我们可以调整出我们所需要的降解时间来配合新骨的生长时间,这些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。