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我国每年有近千万的新增软骨损伤患者,其中许多患者因没有获得有效治疗而承受着巨大的痛苦。现有临床治疗技术如微骨折技术、自体或异体移植技术和骨膜移植技术等虽然在软骨修复上取得了一定的医疗成果,但依然存在修复范围有限、临床预后差和修复后的组织功能减弱等不可忽视的问题。组织工程技术作为21世纪十分具有潜力的生物技术,不仅在一定程度上弥补了目前技术的不足,而且在软骨修复方面体现出了广阔的前景。本课题选用具备良好生物相容性的高分子材料医用级聚己内酯(m-PCL)、良好亲水性的高分子材料聚乙二醇(PEG)、有助于软骨修复的天然材料壳聚糖(CS)、有利于肥大软骨细胞的生长及钙化的无机颗粒微米级羟基磷灰石(μmHA)和良好骨传导性的无机颗粒纳米级羟基磷灰石(nmHA)为原料,通过实验室自主研发的熔体静电纺丝直写可控成型装置,使用熔体静电纺丝直写技术(Melt Electrospinning Direct Writing technology)完成了对复合材料骨-软骨多级梯度结构支架的工艺制备技术、结构设计及性能、材料性能和整体支架性能及应用初探的研究,主要的研究内容和结论如下:(1)提出了可控性更高的无序结构的制备方法,并通过MEW技术制备出了高性能m-PCL骨-软骨复合结构支架:该支架的平均直径在20.4μm～36.2μm的范围内,孔隙率高达到了 90.4%,并通过有序与无序结构的结合不仅提高了支架制备效率还保证了细胞良好的生长环境,通过控制无序结构的层数和有序结构的孔径尺寸,可以改变细胞的生长环境,且10层纤维拉伸强度在3.44MPa～5.75MPa的范围内,抗压强度达到0.032MPa。综上,该支架结构在组织工程修复及生物医学领域拥有广阔的应用前景。(2)研究了 10%、20%和 30%复合材料 m-PCL/PEG、m-PCL/CS、m-PCL/μmHA和m-PCL/nmHA的结晶性能、直写性能、亲水性能、拉伸性能和抗压性能,确定了材料性能最佳的混料比例,制备出了高性能的MEW纤维:复合材料m-PCL/PEG、m-PCL/CS、m-PCL/μmHA和m-PCL/nmHA最佳性能的共混比例均为20%;其中复合材料m-PCL/PEG(20wt%)样品的水接触角为63°;复合材料m-PCL/CS(20wt%)样品的拉伸性能相比纯m-PCL提高了 81.74%,抗压性能提高了 146.16%;复合材料m-PCL/μmHA(20wt%)样品的拉伸性能相比纯m-PCL提高了 35.65%,抗压性能提高了 46.15%;复合材料m-PCL/nmHA(20wt%)样品的拉伸性能相比纯m-PCL提高了35.65%,抗压性能提高了 130.77%。(3)提出了根据骨-软骨微观结构进行支架设计的方案,并通过MEW制备出了高性能复合材料骨-软骨多级梯度结构支架:复合材料骨-软骨多级梯度结构支架中,复合材料m-PCL/CS(20wt%)、m-PCL/μmHA(20wt%)和 m-PCL/nmHA(20wt%)纤维的平均直径为213.4μm,复合材料m-PCL/PEG(20wt%)纤维的平均直径为14.7μm,支架孔隙率为 83.2%,复合材料 m-PCL/CS(20wt%)、m-PCL/μmHA(20wt%)和m-PCL/nmHA(20wt%)纤维的平均拉伸强度分别为15.38 MPa、20.96 MPa和11.07Mpa,复合材料和纯m-PCL骨-软骨多级梯度结构支架的抗压强度分别是0.134MPa和0.128MPa,前者与后者相比提高了 4.69%,由此可见,材料的优化达到了预期的效果,虽然该结构支架与正常Y型结构支架相比,抗压强度可能会弱一些,但是其一体化仿生结构在骨-软骨组织工程修复领域有着广阔的前景。随着时间的增长,复合材料骨-软骨多级梯度结构支架的失重率明显要大于纯m-PCL骨-软骨多级梯度结构支架,最大高出了11.83%,由此可见其降解速度得到了提高,改善了纯m-PCL支架降解速度较慢的缺陷,能够更好地契合细胞的生长状态,为其提供合适的生长空间,从而更加适合作为组成工程培养的载体。