由于骨疾病与创伤增加,临床上骨损伤修复术所需的人工骨材料引起研究者密切地关注。但不同部位的骨损伤对骨修复材料的微结构、力学性能及生物降解速率的要求也不尽相同,这就对人工骨材料的可调性带来了巨大的挑战。本文采用注浆成型3D打印技术,制备具有核-壳组成及微结构可调的镁、锶掺杂硅灰石生物多孔陶瓷支架,实现非化学计量比硅灰石多孔陶瓷支架材料的力学、降解性能协同剪裁与调控。实验结果分析表明,湿化学工艺合成的低剂量镁、锶异质离子掺杂硅灰石粉体保持了稳定的硅灰石相;运用常规单喷头和同轴核-壳结构打印喷头制备一系列非化学计量比硅灰石多孔陶瓷支架(CSi,CSi-Mg4,CSi-Mg10,CSi@CSi-Mg10,CSi-Mg10@CSi,CSi-Mg10@CSi-Mg4,CSi-Mg4@CSi-Mg10),核-壳结构中不同Mg掺杂率的硅灰石组分分布对生物多孔陶瓷支架的抗压能力具有显著影响,尤其是壳层较高硅灰石镁掺杂率有利于提升其抗压强度。通过体外缓冲液浸泡实验进一步表明,镁掺杂的硅灰石由于更高的烧结致密性而使得支架降解速率下降,从而显著调节了硅灰石多孔陶瓷的力学衰变性能。这些研究表明,通过不同剂量镁掺杂可以显著调节多孔硅灰石陶瓷的理化性能,控制支架的降解速率,解决了纯硅灰石多孔陶瓷烧结性能差、降解过快等问题,使得该类高活性生物陶瓷临床应用前景更为明朗。其次,本文进一步通过对核-壳结构多孔陶瓷支架的不同区域进行选择性多孔微结构精确调控,使得核-壳结构不同组分在降解过程中能够同步按需降解和活性离子释放,进而剪裁多孔支架的生物学性能。研究中,以锶掺杂硅灰石为核层组分,镁掺杂硅灰石组分为壳层组分,并向壳层组分浆料中添加不同质量比及粒度的有机微球,经过打印、烧结处理,壳层内呈现不同程度的多孔结构,有效剪裁了支架的力学性能,且在降解过程中确保核层组分掺锶硅灰石能够通过壳层中的微孔进行速率可调地降解,使得钙、硅、镁、锶离子均能按骨再生过程需求进行剂量可控地释放。在本研究中,通过背肌包埋动物模型实验表明,核层硅灰石中的锶离子也参与了支架早期的血管化,从而证实组分与微结构均精确剪裁的多孔陶瓷打印对解决相关临床问题将产生更为良好的预期效果。综上所述,本论文初步论证了组分分布可调、内部微结构可控的核-壳结构生物活性多孔陶瓷支架的三维打印工艺可行性和可靠性,拓展了三维打印技术本身的功能性,也实现了新一代多孔陶瓷材料的构筑理化、力学和生物学性能同步优化,为临床不同适应症的骨再生修复材料开拓了新思路。