由于频繁的创伤,肿瘤切除等引起的骨缺损导致对骨植入物的需求大大增加。理想的骨修复材料需要满足孔隙率可控、孔道结构贯通、外形与骨缺损区域相匹配、力学性能与自然骨接近、降解速度与新生骨形成速度匹配。为系统解决从结构到力学强度再到降解性能的可控制造,本文以3D打印高力学强度、高生物活性、可控降解的骨支架为主线逐级深入,实现了活性骨支架制造中的控形、控性,将3D打印实现骨修复的个性化定制从几何外形定制推进到性能定制(降解性能及降解速度的定制)。论文的具体研究内容和结果归纳如下:(1) 3D打印了硅酸钙(CSi)多孔支架,系统的探讨了墨水的可打印性,研究了烧结温度,生物玻璃(BG)掺杂量,孔形态结构等参数对支架力学性能的影响。当BG的掺杂量为1%,烧结温度为1080℃时,矩形孔道结构有48MPa的力学强度,而蜂窝形孔道结构有88 MPa的力学强度。支架在模拟体液中浸泡后发现其表面被羟基磷灰石层覆盖,表明支架有良好的生物活性,经过长达3周的浸泡,支架仍具有高达60MPa的力学强度。(2)虽然CSi-BG支架有高的力学强度,但与人体皮质骨的强度(100-150 MPa)比还有一定的距离,为获得更好的力学性能,研发了掺镁硅酸钙(CSi-Mg)陶瓷多孔支架,其强度可达120 MPa,与皮质骨强度相当。体外生物活性测试表明CSi-Mg支架有助于碱性磷酸酶活性,能促进细胞增殖和成骨分化。长期的动物实验(支架植入兔颅骨缺损12周)结果表明,新生骨的再生能力较为优异。(3)考虑到体内骨降解速度有一定的个体差异性,只有实现可控降解才能更好的实现骨支架的个性化定制。由于磷酸三钙(β-TCP)具有较好的生物相容性,我们进一步研究了掺杂β-TCP的CSi-Mg支架(CSi-Mg/TCP),探讨了β-TCP含量,孔径尺寸,烧结工艺对支架力学强度的影响。当支架内的β-TCP含量为10%时,在两步烧结处理后可具有很高的力学强度(120-140 MPa), β-TCP含量为20-30%时,支架在一步烧结处理后的力学强度也可达80-100 MPa。当孔径尺寸为～320μμm时,CSi-Mg/TCPx (x=10, 20)支架具有高于100MPa的力学强度和～52%的孔隙率,支架在Tris缓冲液中经过长达6周的浸泡后,仍具有高达50MPa的力学强度。支架的降解速度可随着β-TCP含量的增加而减小,证明了可通过控制β-TCP的含量和采用优化的烧结工艺实现可控降解,为实现降解速度与新生骨生长速度匹配的个性化定制骨提供了可行的研究思路。(4)提出通过支架孔道结构优化和TCP掺杂双管齐下的思路制造成骨性能优异的生物陶瓷支架。制造了支架与宿主骨接触面的孔形态结构改善的支架。支架经过长达8周和12周的兔颅骨缺损植入后,孔道结构改善的支架比常规支架有更好的成骨能力。在此基础上,进一步制造了孔道结构改善的CSi-Mg10/TCP复合支架。8周时,复合支架在体内有很好的成骨能力,12周时,其新生骨量更是高达33.8 ±1.2%。证明可通过控制支架内部孔道结构和掺杂适量的TCP改善支架的骨再生修复能力,为制造高新生骨再生能力的支架提供可行的研究思路。(5)以兔下颌骨缺损的定制修复为例,通过Micro-CT扫描,三维重建、及骨支架打印,展示了 3D打印技术在临床骨修复的个性化定制中的巨大潜力。研究了镁含量对支架在体内骨再生能力的影响,结果表明CSi-Mg10支架有很好的骨再生修复能力,16周时,其新生骨量高达29.1 ±1.1%。同时,因为支架与骨缺损之间微观和宏观结构的良好匹配,导致早期支架与宿主骨之间有很好的骨整合,实现了对骨缺损的个性化定制修复。本学位论文对影响支架力学性能、降解性能和成骨性能的若干关键问题进行了系统的探讨,以临床的骨缺损修复需求为牵引,展示了 3D打印在骨缺损的个性化修复中的巨大潜力,为后续临床上定制外形、性能均满足个体需求的人工骨制造奠定了坚实的基础。