骨修复材料研究是一个多学科交叉的领域，涉及材料科学、临床医学以及生物医学工程、仿生学等多个学科。对于第二代和第三代生物医用材料的研究目前是生物材料及组织工程研究领域的热点。研究的关键问题包括材料在生理环境中的矿化、降解、离子溶出、材料的老化、材料与细胞之间的相互作用等，这一系列的研究内容均要依赖于设计合理的体外模拟装置及其评价体系。迄今为止，国内外尚没有可以较精确地模拟人体生理环境、对骨修复材料进行性能评价的体外研究和评价系统可供采用，限制了人们对于第二代和第三代生物医用材料及其产品的研究和发展。针对这一问题，本论文根据人体的各项生理参数，结合采用仿生学、组织工程学、材料学基本原理和计算机技术及自动控制技术，设计并制作了多参数可调生物医用材料体外研究及评价系统，并开发了相应的控制软件。旨在为第二代及第三代生物医用材料的研究及体外评价建立一个操作性强、可靠性高、参数采集和调节方便、各项参数接近体内生理环境的研究平台。利用该系统对几种常用的骨修复材料的生物矿化特性和降解性能进行了研究。具体研究内容包括： 1、根据目前体外模拟系统的研究现状及其存在的问题，研制出智能型多参数体外模拟评价系统及其操作软件系统。该系统主要由机构本体子系统和控制软件子系统构成。机构本体子系统包括浓度调节系统、样品放置单元、水浴恒温系统、信号检测系统、循环系统及控制系统等分系统。采用事件驱动编程机制设计专用控制软件，通过并行计算技术以及容错技术对智能型多参数体外模拟评价系统进行对蠕动泵、加热器和多通道微量注射泵交互式控制，确保模拟体液各参数的控制精度和可靠性，实现了对模拟体液流速、模拟体液离子浓度、模拟体液的pH值以及温度等特征参数的精确控制，精确模拟人体生理溶液环境。该系统首次实现了同时对温度、流量、流速、离子浓度及酸度等各种参数的准确检测与精确控制并具有数据实时记录与智能报警功能，从而可以在更为接近人体生理溶液特征的环境下①对骨修复材料的生物矿化以及降解性能进行系统研究；②对药物的缓释、控释进行研究；③骨修复材料的仿生制备：④骨修复材料及药物的动物试验预测等。该系统为骨修复材料的体外模拟研究提供了可操作性强、结果准确可靠且便于比较的研究平台，对新型骨修复材料的研究与开发具有重要价值，同时也可为骨修复材料的临床应用提供评价依据。 2、双相磷酸钙(BCP)生物陶瓷、生物活性玻璃(BG)多孔支架、聚己内酯(PCL)多孔支架以及聚乳酸(PLA)多孔支架材料是目前骨修复及骨组织工程中应用较多的重要的骨修复材料，其生物矿化及降解特性是其生物应答特性的重要表征。本研究利用智能型多参数体外模拟评价系统对上述材料的生物矿化及降解特性进行了系统研究。 (1)在动态和静态两种体外模拟研究条件下对BCP表面磷灰石层的矿化沉积进行了研究。静态浸泡条件下，离子以扩散的方式进行传输，由于Ca-P沉积所消耗的离子无法得到及时补充，因而形成了雾状生物矿化层。动态浸泡条件下，通过精确调节模拟体液的流速实现强迫对流，使模拟体液中各部分离子浓度均一；结合钙磷的动态补充，使模拟体液中的钙磷含量始终处于过饱和状态，从而使磷酸钙晶体的形成自由能始终处于负值，这种情况下，BCP表面形成了片状的磷灰石层。 (2)采用本试验室研究的溶胶-凝胶法58S与熔融法45S5两种生物活性玻璃粉体按不同比例混合制备多孔骨修复支架，在智能型体外模拟评价系统中对其矿化性能进行研究发现，①由于溶胶-凝胶法58S生物活性玻璃所具有的巨大比表面积和纳米级微孔可加速材料表面与SBF溶液的化学反应及促进表面双电层的形成，利于HCA晶体的成核和生长，因此纯的溶胶凝胶法58S生物活性玻璃粉体制备的多孔支架具有较快的生物矿化速度；②利用智能型体外模拟系统使模拟体液中pH值维持稳定，可有效减少pH值升高对矿化过程的影响，多孔支架表面在此模拟体液中的矿化过程与其在pH值不受控制的模拟体液中相比，生物矿化层的形成时间较长，矿化过程较慢。这是由于pH值的稳定不利于材料与模拟体液间双电层结构的形成。 (3)采用MEM(熔融挤出造型)工艺制备PCL多孔支架，通过NaOH溶液处理在样品表面引入羧基，有效改善其表面亲水性；然后将表面改性后的样品在10-3Pa的压力下进行核化处理，低压核化处理能够排出样品表面孔洞内的气体，使样品与模拟体液充分接触，增加形核位点，有效提高样品表面的生物矿化能力。对采用上述方法制得的样品进行生物矿化研究发现，①样品表面24h后即被一层致密均一的类骨磷灰石层所覆盖，其矿化性能比常压核化处理的样品有显著提升：②利用智能型体外模拟系统，通过模拟体液的强制对流和钙磷动态补充，可使PCL表面钙磷离子始终处于过饱和状态，其生物矿化过程可以稳定持续进行。 (4)利用智能型多参数体外模拟评价系统对聚乳酸基多孔支架的降解性能与生物矿化特性进行了研究。与静态体外模拟浸泡条件相比，模拟体液按生理流速(2ml/100mL.min)流动，可强制降解产物及模拟体液中离子的运输，利于在聚乳酸基骨修复支架材料表面生成碳酸羟基磷灰石层；聚乳酸基骨修复支架的降解受以下因素的影响：①支架材料的孔径越小越有利于支架材料的降解：②动态模拟体液不利于支架材料的降解；③加入有利于矿化的磷酸三钙和BG到聚乳酸支架中将减缓其降解：磷酸三钙和生物活性玻璃可提高聚乳酸多孔支架的生物矿化性能。