聚(L-乳酸)(PLLA)作为一类生物可降解高分子材料,因其良好的生物相容性、力学和加工性能,在骨修复材料领域得到了广泛的研究和应用。3D打印技术是一种操作简便且高效的组织工程支架制备技术,在支架的个性化、精确性、机械强度、孔隙率以及复杂空间结构的设计和调控方面具有独特优势。然而,3D打印PLLA支架作为骨组织修复材料仍然存在明显的不足:首先,单一PLLA材料的疏水性强,细胞亲和性不够理想,且缺乏成骨活性;其次,单一3D打印技术构建的PLLA多孔支架不具备分级结构,不能很好地模拟天然骨细胞外基质(ECM)的微观结构,从而不利于细胞的黏附、增殖以及成骨成血管化;再次,PLLA材料缺乏一定的反应活性,难以通过常用的化学改性手段对其进行生物学修饰。槲皮素(Qu),一种生物类黄酮,作为中国传统的中药成分,已被报道可促进细胞成骨分化以及抑制破骨细胞的生成。壳聚糖(CS),一种生物可降解天然多糖,具有优异的生物相容性和成骨活性;而且,通过热致相分离技术(TIPS)可以制备CS纳米纤维支架。多巴胺,贻贝蛋白的一种主要组成成分,基于氧化自聚合反应几乎可在任何材料表面形成聚多巴胺(PDA)层,且PDA能作为二级反应平台在材料表面进一步修饰生物活性物质,这为生物材料的表面改性提供了新思路。基于以上分析,本论文拟基于多巴胺自聚合生成的PDA层在3D打印PLLA支架上引入槲皮素,从而通过一种简便而有效的方法赋予支架材料良好的成骨活性;此外,利用TISP技术在3D打印PLLA多孔支架中引入CS纳米纤维,构建具有微-纳纤维分级结构的PLLA/CS复合多孔支架,有效提高支架的亲水性、细胞亲和性以及成骨活性,以期最终获得一类具有良好应用前景的PLLA基骨组织修复复合多孔支架材料。围绕这一研究目的,具体开展了以下主要研究内容:1.首先通过熔融沉积法(FDM)3D打印具有规则的方孔结构,且纤维相互垂直正交的PLLA多孔支架。基于多巴胺氧化自聚合反应在3D打印PLLA支架上修饰聚多巴胺(PDA)层,构建D-PLLA支架。再以PDA层作为二级反应平台,在D-PLLA支架表面固定不同浓度的Qu得到具有不同Qu含量的3D打印PLLA支架(xQu-D-PLLA)。结果表明,PDA和Qu的共同引入使3D打印PLLA支架具有更粗糙的表面,以及更好的亲水性和压缩性能。此外,实现了Qu在D-PLLA支架内外表面的快速、有效和一定程度的可控固定,并且可以从支架中有效和持续性释放。体外细胞实验结果表明,相比于3D打印PLLA多孔支架,xQu-D-PLLA多孔支架更有利于MC3T3-E1细胞的增殖和附着,并可显著上调ALP活性和钙结节以及促进相关成骨基因和蛋白的表达;且Qu对xQu-D-PLLA多孔支架的细胞亲和性和成骨活性的这种促进作用具有一定的浓度依赖性。2.鉴于壳聚糖(CS)纳米纤维具有优异的亲水性、细胞亲和性和成骨活性,本章通过TIPS技术在3D打印PLLA支架中引入CS纳米纤维,并初步探索了不同CS和醋酸浓度下的最佳制备条件,成功构建了具有微/纳双纤维网络形态较好的PLLA/CS复合支架。然后基于多巴胺的氧化自聚合反应,用不同浓度的多巴胺对PLLA/CS支架进行表面修饰制备了PLLA/CS-D支架,研究不同浓度DOPA表面修饰对支架形貌的影响。最后再以PDA层作为二级反应平台进一步表面固定Qu制备了PLLA/CS-D/Qu支架。得到制备PLLA/CS支架的最佳制备条件为:0.1%(v/v)的稀醋酸溶液与1.25 g/L的CS溶液;制备PLLA/CS-D支架的最佳多巴胺浓度为0.5 g/L。并对改性前后复合支架的形貌、孔隙率、亲水性、干湿态压缩性能以及Qu的固定与释放特性进行了研究。结果表明CS、PDA以及Qu依次成功地被修饰在PLLA支架的表面,并且Qu可以有效和持续性地释放。值得一提的是,由于CS、PDA以及Qu的引入,多孔支架的亲水性得到了显著的改善,而且,力学性能不仅在干态下而且湿态下均有一定程度的提高。3.在上一章的基础上,本章选用MC3T3-E1进行体外细胞实验,通过系统研究MC3T3-E1在复合支架表面的黏附、增殖、成骨分化以及相关成骨基因与蛋白,对PLLA/CS-D/Qu支架的细胞亲和性以及成骨活性进行了研究。此外,本实验采用脂多糖(LPS)诱导小鼠单核巨噬细胞(RAW264.7)以构建体外炎症模型,研究支架对巨噬细胞炎症因子TNF-α的表达以及M1/M2炎症表型转化的影响,从而评价了PLLA/CS-D/Qu支架的体外抗炎活性。结果表明,随着CS纳米纤维,PDA层和Qu的引入,显著促进了MC3T3-E1细胞的黏附、增殖、ALP活性以及钙结节的形成,且成骨相关基因和蛋白质如Runx-2、ALP、COL-I和OCN均呈阳性表达。此外,PLLA/CS-D/Qu支架具有减缓炎症反应的作用,不仅可以抑制LPS诱导的巨噬细胞分泌TNF-α,还有效地促进RAW264.7细胞向M2型分化。