目的:人工骨支架作为一种有前景的新型骨缺损修复材料,随着3D打印技术的推广,再次成为研究热点。当前3D打印技术种类繁多,其中之一的熔融沉积制造(fused deposition modeling,FDM)技术,在对打印产品的内部结构及外形的快速、准确、个性化设计方面具有独到的优势。有研究表明,利用聚己内酯(polycaprolactone,PCL)和羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)通过FDM技术制备的PCL/HA骨支架材料具有良好的生物相容性,但是由于FDM技术的高温制备过程以及PCL材料本身的疏水性,仍然存在PCL/HA骨支架亲水性差、表面过于光滑、不利于细胞黏附、降解慢等问题,需要对其进一步优化以提高其作为骨组织工程支架的性能。本文针对上述临床问题,以PCL和纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,nHA)为骨支架的主要组成成分,以具有良好亲水性和水解能力的聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)为改性剂,利用FDM技术制备出具有介尺度多孔结构的仿生PCL/nHA/PEG骨支架,与PCL/nHA骨支架进行比较并评估其在形貌结构、理化性质、降解性Berzosertib体内能、细胞相容性和成骨性能等方面的改良情况,为3D打印骨组织工程支架的制备及性能改良提供一定的理论依据,以期制备出一种更符合骨组织工程支架要求的植骨材料应用到未来的临床治疗中。方法:1.通过FDM 3D打印机自带软件Bio Maker V2构建一个10 mm×10 mm×6mm(长×宽×高)的多孔立方体骨支架,骨支架由Zig-Zag走线模式沿0°/90°方向交替构成,选择内径为0.4 mm的喷嘴,打印温度为100℃,线间距和层高根据实验设计进行设置,挤出速度为0.2 mm~3/s,打印速度为1.5 mm/s,打印平台不设置温度。2.将PCL与nHA分别按照质量比为9:1、8:2和7:3熔融共混,制备出用于FDM打印的复合材料颗粒。骨支renal Leptospira infection架的线间距分为三组:1.2 mm、1.0 mm和0.8 mm,对复合材料的质量比和骨支架的线间距两个参数进行正交分析,共制备出9组不同的骨支架,然后对骨支架的形貌结构、机械性能和孔隙率进行测量和评估,优化得出在满足骨支架机械性能要求前提下、具有较高孔隙率的骨支架。3.在上一步实验的基础上,向具有最佳nHA含量、最佳孔隙率的PCL/nHA骨支架中加入不同质量比的PEG对其进行改性。通过对各组骨支架进行结构分析、物相分析、机械性能、孔隙率、吸水率、亲水性、降解过程中的稳定性、体外生物活性和生物安全性评估,优化得出最佳PEG含量的PCL/nHA/PEG骨支架,为后续的动物实验做准备,以期成为骨组织工程支架应用到临床中。结果:利用FDM技术成功制备出PCL/nHA骨支架。PCL:nHA=8:2组的骨支架其表面和剖面暴露出的nHA颗粒分布均匀。线间距为0.8 mm时,骨支架的弹性模量为69.14±3.83 MPa,压缩强度为6.37±0.63 MPa,孔隙率为24.78±1.55%。添加PEG后的PCL/nHA/PEG骨支架呈乳白色,外形与未添加PEG的样品形态一致,孔道互连、大小均匀。X射线衍射光谱(X-ray diffraction spectroscopy,XRD)表征结果表明骨支架由PCL、nHA和PEG三种材料组成,打印过程并未导致各成分改变。通过扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)分析骨支架表面形貌,各组骨支架均具有良好的结构形态和互连的孔道,利用Image J软件进一步分析骨支架的SEM图像发现,随着PEG含量的增加,挤出丝的直径和骨支架的层高逐渐减小,而孔径逐渐增大,但所有骨支架的孔径尺寸均在100μm-400μm之间,符合骨支架材料对孔径尺寸的要求。当PEG添加量由0 wt%增加到30 wt%,PCL/nHA/PEG骨支架的弹性模量和压缩强度分别从69.14±3.83 MPa和6.37±0.63 MPa下降到43.02±1.76 MPa和3.69±0.09 MPa。孔隙率和吸水率分别从24.78±1.55%和23.58±1.40%增加到39.28±Entinostat0.88%和43.18±0.48%,增加幅度分别为58.51%和49.90%。由于PEG具有较快的水解速率,当骨支架降解7天后,利用PEG的水解造孔作用,骨支架表面形成海绵状的介尺度多孔结构,导致骨支架的孔隙率和吸水率进一步提升。活/死细胞染色检测和CCK-8结果表明PCL/nHA/PEG骨支架和PCL/nHA骨支架均具有良好的生物安全性,但生长在前者表面的细胞数量更多、形态更扁平。PEG在液体环境中快速水解形成的介尺度微孔结构,促进了模拟体液环境中磷灰石类骨层在骨支架表面的沉积。结论:当PCL:nHA=8:2、线间距为0.8 mm、PEG含量为20 wt%时,由FDM技术制备的PCL/nHA/PEG骨支架具备符合机械性能要求下的最大孔隙率,与PCL/nHA骨支架相比具有介尺度微孔的海绵状骨小梁结构,表现出更优秀的亲水性、降解速率、体外矿化能力和细胞黏附形态,是骨替代材料的潜在候选者。创新点:本实验创新点在于:(1)通过FDM技术制备PCL/nHA/PEG骨支架。(2)利用PEG在液体环境中的水解作用为骨支架构建类似于松质骨的海绵状介尺度多孔结构。