在骨缺损的修复和重建中,采用骨组织工程技术,以多孔陶瓷支架为依托,制备满足体内骨组织修复需求的人工合成材料是近年来研究的热点之一。大量文献报道,在动物体内植入实验中,多孔支架的宏观孔隙结构会影响血管生长、骨形成等生理行为,但体外细胞学研究中难以充分反映支架的宏观孔隙结构对细胞的影响。对支架宏观孔隙结构的骨诱导作用机制仍缺乏系统性理解,限制了生物陶瓷材料的开发和应用。此外,对多孔陶瓷材料进一步改性以增强其生物学活性具有重要的意义。本研究以不同宏孔结构的多孔羟基磷灰石(HAp)支架和原代骨髓间充质干细胞(BMSCs)为基础,构建细胞-支架复合骨培养体。通过综合考虑HAp支架宏观孔隙结构和体内动态微流体环境在骨修复过程中的相关性,在体外构建流体灌流培养动态环境,研究不同宏观孔隙结构的多孔HAp支架内流场分布差异,以及支架内细胞感应流体力学刺激引起的生理性变化,探索两者间关系,为研究支架宏观孔隙结构对骨诱导的影响提供实验基础,并为优化支架多孔结构提供理论依据。此外,通过小分子模板和生物活性离子调控的HAp构建抗菌活性表面,为增强支架表面生物功能性进行初步探索。本论文主要内容及结论有以下几点:(1)采用自动滴加装置制备得到分布均一、尺寸可控的海藻酸钠凝胶球,调控滴加速率及针头内径可改变其尺寸。进一步通过溶剂置换法得到力学性能增强的海藻酸钠凝胶球,可用作制备多孔HAp支架的模板。以不同尺寸的海藻酸钠凝胶球为模板,结合海藻酸钠HAp水相浆料体系,一步挤压成型,构建了具有不同宏孔孔径的三维多孔HAp支架,并通过控制挤压程度调控支架的贯通性。(2)用改良的全骨髓贴壁筛选法体外提取分离骨髓间充质干细胞(BMSCs),并进行扩增培养和干细胞稳定性鉴定。原代细胞经传代培养,增殖能力未受影响。经流式细胞仪对不同代次细胞的表面特异性标志物和其多向诱导分化性能进行检测,发现不同代次干细胞特性维持良好。通过改进提取步骤,优化可控的细胞筛选条件(包括细胞贴壁时间、换液方式及酶消化参数),成功建立BMSCs的提取分离方法及培养体系。(3)选取颗粒造孔和泡沫涂覆两种孔隙结构不同的支架作为载体,对比研究静置接种法、抽拉接种法和动态灌流接种法的细胞接种效果。结果发现静置接种法和抽拉接种法细胞接种率显著高于灌流接种法,且细胞活性保持良好,但静置接种法存在细胞分布不均匀问题。进一步研究上述方法对空间叠加多个多孔支架的接种效果,发现采用抽拉接种法和动态灌流接种法的不同样品间细胞分布均优于静置接种,但动态灌流细胞接种率较低。抽拉接种法的各多孔支架间细胞数量基本一致,细胞分布均匀,未受支架孔隙结构影响,可有效提高细胞接种效率。利用抽拉接种法可将前期制备的三维多孔HAp支架和BMSCs有机结合在一起,构成细胞-支架复合三维骨培养体用于后期体外研究。(4)利用抽拉接种法,以贯通性一致而宏孔孔径不同的多孔HAp支架为基础,构建BMSCs-多孔HAp支架复合三维骨培养体,用于体外灌流培养研究。模拟体内微流体动态环境,研究流体灌流刺激下,不同宏孔孔径的骨培养体对流场分布及材料上细胞成骨分化相关基因和蛋白表达的影响。体外细胞培养实验结果表明,与静置培养相比,灌流培养的流体剪切力可促进骨培养体内细胞的成骨分化。在相同贯通性条件下(贯通孔孔径:宏孔孔径=1:4),支架宏孔孔径对细胞流体灌注的剪切力刺激在一定范围内(1300-500μm)存在临界尺寸:伴随支架宏孔孔径的减小(1300→800μm),内部流体剪切力增大,促进支架内黏附细胞的成骨相关基因(ALP、Col-I、OCN和OPN)表达和成骨特性蛋白ALP的分泌;但支架孔径进一步减小(800→500 μm)会引起剪切力过大,反而降低成骨的相关基因和蛋白水平。其中,流体剪切力通过激活ERK1/2途径,将外部刺激导入细胞核内,从而引起生物级联反应。流体仿真模拟结果表明当贯通性一致时,支架宏孔孔径的减小会影响灌流流场的再分布,造成支架内部高速流流速及区域的增大,并进一步增大内部剪切力分布面积和剪切力,造成相同水平刺激下不同结构支架的生物学响应差异。(5)在水热条件下,通过有机小分子植酸和无机铜离子的调控,得到微-纳结构复合的HAp材料。扫描电镜、X射线衍射和比表面积测定结果显示小分子植酸可调控HAp晶体生长取向生成微纳结构,增大其比表面积;X射线光电子能谱检测结果表明铜以二价离子形式取代部分钙离子引起HAp晶格畸变。与纯HAp和单纯植酸调控的HAp相比,微-纳结构复合掺杂HAp构建的二维结构表面具有更好的亲水性和蛋白吸附效果,从而进一步促进细胞的黏附、增殖和分化;微生物学实验结果表明该材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有较好的抗菌作用。