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磷酸钙骨水泥(Calcium phosphate cement, CPC)在临床上已广泛用作骨组织的修复材料,但由于CPC力学强度不足,尚不能作为负重部位的骨替代材料。纳米晶体纤维素(Nanocrystalline Cellulose, NCC)具有高强度、高结晶度、高比表面积、高长径比和价格低廉等优点,常应用于复合材料的增强。此外,NCC还具有可降解和生物相容等特性,可应用于生物材料。因此,本论文将NCC作为增强相与CPC复合,研究和优化NCC/CPC复合材料的制备工艺,使NCC较均匀的分散在CPC中,进而探索NCC对CPC抗压强度、凝固时间、物相组成等性能的影响规律和相关机理。通过与成骨细胞共培养,评价了NCC/CPC复合材料对成骨细胞形貌及活性的影响。选用Biocement D磷酸钙骨水泥配方,首先将不同含量的NCC(0、2wt.%和4wt.%)分散到CPC的液相磷酸盐缓冲液(PBS)中,按液固比0.3 mL/g与CPC粉末调和制备含不同NCC的NCC/CPC复合材料,研究了不同NCC含量对CPC理化性能的影响。结果表明,2%和4%的NCC均可显著提高CPC的抗压强度和断裂韧性,且2%NCC/CPC的抗压强度最高,为26.9±3.4 MPa,与空白CPC相比,抗压强度约提高50%。NCC/CPC的凝固时间随NCC含量的增加而延长,但2% NCC/CPC凝固时间满足临床需求。NCC与Ca2+形成不稳定的配合物,促进了DCPD和CaC03的溶解和转化。NCC的加入使CPC中孔隙和裂纹减少,颗粒尺寸减小。同时NCC具有高长径比,可能对裂纹具有桥接作用,起到补强增韧的作用,从而提高CPC的抗压强度。荧光素7-氨基-4-甲基香豆素(AMC)标记NCC,荧光显微照片表明NCC颗粒在CPC中非均匀分布,其分散性有待于提高。采用TEMPO/NaBr/NaClO催化氧化体系对NCC进行羧基化改性,提高NCC在液相中分散性,通过冷冻干燥得到羧基化的NCC(CNCC)粉末,然后分别制备NCC和CNCC含量为2%的CPC复合材料。研究了CNCC具有最大羧基含量的实验条件,并表征了NCC、CNCC的相关性能,测试了NCC/CPC和CNCC/CPC的抗压强度。结果表明,通过TEMPO催化氧化法在NCC上成功引入-COOH, CNCC获得最大羧基含量的反应条件为：0-5℃(冰水浴)、pH为10.5、TEMPO用量为14 mg/g NCC,最大羧基含量为0.89 mmol/g。NCC约长200 nm,宽15 nm,而CNCC的尺寸有所减小,长约为180 nm,宽10 nm,可能是由于NCC在羧基化过程中颗粒表面的部分非晶成分水解所致。在氧化过程中,因NCC中仍有部分非晶态纤维素发生降解,结晶态纤维素相对含量提高,CNCC的结晶度增大,晶粒尺寸减小,但结构组成没有发生明显的变化。CNCC经冷冻干燥后,得到呈絮状的二次团聚体CNCC粉末,在水中很难再分散,可能会导致所制备的CNCC/CPC存在内部缺陷,因应力集中而造成CNCC/CPC的抗压强度较NCC/CPC低。采用原位合成的方法制备含2wt.%(与CPC固相粉末的质量百分比)NCC和CNCC的HA复合粉体(NCC-HA,CNCC-HA),并与其它固相粉末均匀混合,制备不同CPC(NCC-CPC,CNCC-CPC)。表征了原位合成NCC-HA和CNCC-HA粉体的理化性质及其对CPC抗压强度的影响。结果表明,原位合成的NCC-HA和CNCC-HA具有纳米尺寸,由许多针状和花瓣状结构组成,且CNCC-HA具有更高的结晶度。抗压强度测试结果显示NCC和CNCC以原位合成HA的方式加入CPC后,均能显著提高CPC的抗压强度,分别为38 MPa和45 MPa。其中与空白CPC相比,CNCC-CPC的抗压强度约提高80%,而与NCC-CPC相比,CNCC-CPC的抗压强度约提高20%。NCC和CNCC能促进DCPD的溶解和转化,减少CPC内部的空隙和裂纹。另外,具有高长径比的NCC和CNCC可能对微裂纹具有桥接作用,且能够与基体很好的结合,是NCC和CNCC提高CPC抗压强度的主要原因。CNCC表面具有丰富的-OH和-COOH,对Ca2+的结合能力更强,且CNCC在CPC中具有更好的分散性,更能够有效地阻碍裂纹的扩展,是CNCC-CPC的抗压强度进一步提高的原因。将原位合成制备的CNCC-CPC、NCC-CPC和空白CPC与成骨细胞共培养,评价各CPC上细胞的粘附、增殖和分化能力。活细胞荧光染色和SEM结果表明：各组CPC表面均粘附了大量的成骨细胞,细胞之间通过伪足连接,具有多种形态且有较强的立体感。细胞周围有许多微小的伪足与材料表面紧密连接,呈现良好的细胞活性。Alamar Blue和碱性磷酸酶(Alkaline phosphate, ALP)检测结果显示：成骨细胞的增殖活性与ALP活性与时间呈依赖关系,同一时间点各组CPC共培养的成骨细胞活性和ALP活性无显著性差异,说明通过原位合成在CPC中加入2wt.%的NCC和CNCC对成骨细胞的增殖和分化活性没有显著性影响。本论文研究和优化NCC/CPC复合材料的制备工艺,显著提高了CPC的抗压强度和韧性,为CPC的补强增韧提供了新方法,具有潜在的应用前景。