2.1   纳米羟基磷灰石与β-磷酸三钙粉体理化性质分析   图2为制得纳米羟基磷灰石粉体、羟基磷灰石晶须和β-磷酸三钙粉体样品的X射线衍射图谱。从图2A可知，在2θ=31.8°，32.2°，32.9°处存在羟基磷灰石的衍射峰，分别对应(211)(112)(300)晶面，与羟基磷灰石标准图谱卡片编号PDF 09-0432三强峰吻合，其他弱衍射峰也符合标准图谱卡片，说明合成的材料为羟基磷灰石。从图2B可知，羟基磷灰石晶须的X射线衍射衍射峰与羟基磷灰石标准图谱卡片编号PDF 09-0432衍射峰吻合，说明所合成晶须成分为羟基磷灰石。从图2C可知，在2θ=27.8°，31.0°，34.4°处存在β-磷酸三钙的衍射峰，分别对应(214)(0210)(220)晶面，与β-磷酸三钙标准图谱卡片编号PDF 09-0169三强峰吻合，其他弱衍射峰也符合标准图谱卡片，说明合成的材料为β-磷酸三钙。根据X射线衍射图谱，采用半定量分析方法对煅烧处理后的粉体计算可知，材料的纯度均大于95%，符合中国医药行业标准《医用羟基磷灰石粉料(YY 0303-1998)》对植入材料的要求。"

图3为制得纳米羟基磷灰石粉体、羟基磷灰石晶须和β-磷酸三钙粉体样品的扫描电镜照片。羟基磷灰石粉体呈球状，粒径大小为1-6 μm；β-磷酸三钙粉体同样呈球状，粒径大小为1-4 μm，两者均具有组分均匀、粒径分布窄、无团聚等特点。羟基磷灰石晶须均为针状形貌，其长径比大于10。 "

图4为纳米羟基磷灰石和β-磷酸三钙粉体的傅里叶变换红外图谱。纳米羟基磷灰石样品红外吸收谱测试结果显示样品包含3 438.88 cm-1处的OH-特征峰，565.44，602.13，1 038.11，1 095.25 cm-1处的 PO43-振动吸收峰。β-磷酸三钙样品红外吸收谱测试结果显示样品包含555.49，602.26，1 049.06，1 121.52 cm-1处的PO43-振动吸收峰。均与标准样品特征峰相吻合，未见到其他物质的杂质峰。再次验证制备的粉体为羟基磷灰石和β-磷酸三钙。"

2.2   纳米羟基磷灰石与β-磷酸三钙的体外细胞毒性测试   根据国家标准GB/T 14233.3-2005判定纳米羟基磷灰石和β-磷酸三钙的细胞毒性分别为0级和1级，显微镜下观察浸提液细胞生长情况表明，≤20%的细胞呈圆缩、疏松贴壁、无包浆内颗粒或显示形态学方面的改变。通过MTT法测得各孔吸光度值，可以看出纳米羟基磷灰石组和β-磷酸三钙组的细胞相对存活率均大于80%，见表4，5。上述结果表明，此次实验所制备的纳米羟基磷灰石与β-磷酸三钙粉体材料无细胞毒性，可以用来制备生物陶瓷人工骨支架。"

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2.3   含晶须羟基磷灰石人工骨支架烧结后的力学性能分析    羟基磷灰石晶须含量、烧结温度、烧结时间均会影响人工骨支架的力学强度，实验设计了3因素3水平正交实验来优化人工骨支架的力学性能。所添加晶须含量为5%，10%，15%，烧结温度为1 250，1 300，1 350 ℃，烧结时间为2，3，4 h，升温速率设置为8 ℃/ min，排胶温度为400 ℃，排胶时间1 h。 结合各支架烧结后的尺寸，计算支架的抗压强度(不去除孔隙面积)、孔隙率，并进行正交实验数据分析，结果见表6。通过计算各水平因素的抗压强度极差R，得出晶须含量极差R=3.54，烧结温度为R=4.16，保温时间R=1.29，由此可得出影响多孔支架抗压强度最主要的因素为烧结温度，其次是晶须含量，最后是保温时间。在这9组实验结果中，实验5支架的抗压强度为8.13 MPa、孔隙率为64.07%，综合性能最优，即此次实验各因素组合中的最优组合为晶须含量10%、烧结温度1 300 ℃、保温时间3 h。"

2.4   含晶须羟基磷灰石人工骨支架实物观察   图5为3D打印含10%羟基磷灰石晶须的羟基磷灰石人工骨支架，3D打印支架烧结前尺寸为H 26 mm×Ф 8 mm，孔径约700 μm；经1 300 ℃烧结3 h后，支架的尺寸为H 15 mm×Ф5 mm，丝径约500 μm，孔径约400 μm。ZHAO等[24]的研究结果表明，骨缺损的尺寸为15 mm已经超出了兔子能够自我修复的临界尺寸，所以此次实验选择打印15 mm高度的人工骨支架。在飞纳电镜的光学模式下可以看出，3D打印可制备形状规则的连通孔，连通孔有利于细胞迁移与毛细血管生长及体液交换[25]；研究表明理想的骨组织支架孔径应大于100 μm，有利于骨细胞的长入[26]，此次实验制备的人工骨支架材料孔径约400 μm，满足骨组织工程对支架材料的孔隙要求。"

以含量为10%羟基磷灰石晶须的人工骨支架为例，根据阿基米德原理测量多孔支架的孔隙率，计算得出3组支架的平均孔隙率为54.3%。需要说明的是，此次实验所用的支架是在3D打印填充率40%的参数下获得的，由于排水法只能测得通孔孔隙率(无法测得闭孔孔隙率)，所得数值会比真实气孔率小一些。 2.5   含晶须羟基磷灰石人工骨支架烧结后微观形貌观察   通过对比5%，10%，15%羟基磷灰石晶须含量人工骨支架力学性能可以看出，10%晶须含量的人工骨支架力学性能要优于5%和15%实验组。含10%人工骨支架在1 250，1 300，1 350 ℃烧结后的微观形貌，见图6所示，从图中可以看出，随着烧结温度的升高，晶粒尺寸逐渐增大，晶粒呈多边形紧密排列，晶界清晰，致密化程度依次提高；1 250 ℃烧结后的支架表面粗糙度最大，而1 350 ℃烧结后的支架表面高度致密，表面粗糙度最低。DENG等[27]的研究结果表明，具有中等粗糙度的支架表面具有最优的细胞相容性，可触发一系列成骨分化所需要的细胞黏附、增殖和分化。此次实验中1 300 ℃烧结后的支架表面具有中等粗糙度，且其抗压强度为8.13 MPa，满足骨组织工程对多孔羟基磷灰石支架性能的要求。"

2.6   人工骨支架流体力学性能分析   根据图7，8流体力学仿真结果，流速的降低与流体流动的方向一致，到出口处时流速再次变大。对于压强而言，压强降低的趋势与流体流动的方向也一致。而对于流动方式Ⅱ，压强降低不仅分布 XY轴方向，YZ轴方向也有明显的差别，但是趋势明显弱于XY轴，因此可以得出，压强不仅与流速方向有关系、而且与支架本身也有关系。"

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由上图可知，在流动方式Ⅰ的情况下无论是速率还是压力值均比流动方式Ⅱ大，骨组织工程要保证营养液与细胞可以完全到达支架内部，因此如果压力与流速过小，细胞与营养液有可能到不了支架的各个部位，从这方面而言，流动方式Ⅰ对细胞及营养液的到达更有利。 流速对支架的渗透力具有重要的影响，废物的排出、营养物质的吸收都受渗透率的影响，渗透率越大营养物质越有利于吸收。渗透率K根据达西定律可以得出： K=QμL/AΔP                                    其中Q为流量(m/s3)，μ是流体的动态黏度[kg/(m·s)]，L为模型的长度(m)，A表示的是模型横截面的面积，ΔP表示压降(Pa)。计算可得，流动方式Ⅰ的渗透率为1.97×10-10，流动方式Ⅱ的渗透率为1.03×10-10，可以发现不同的流动情况对支架的渗透率无明显变化，渗透率与支架的结构本身有很大关系，流动方式Ⅰ对支架上废物的排出、营养的吸收更有利。 综上所述，流动方式Ⅰ更有利于支架的在人体中发挥作用。 2.7   多孔羟基磷灰石支架表面涂覆双相磷酸钙涂层   由于高温烧结(1 300 ℃)可能会影响材料的生物特性，此次实验采用多次浸渍提拉法在烧结后的多孔羟基磷灰石骨支架表面浸渍双相磷酸钙涂层，以改善骨支架的生物相容性、诱导活性以及适度的降解性。 以10%羟基磷灰石晶须含量的支架为例，从图9中可以看出，浸渍前多孔支架的孔径约为400 μm，浸渍双相磷酸钙涂层后支架的孔径尺寸约为250 μm，涂层厚度约为75 μm。"

2.8   复合涂层中β-磷酸三钙体外降解性能分析   与羟基磷灰石相比，β-磷酸三钙最大的优点在于更易在体内降解，其降解速度比羟基磷灰石高10-20倍[23]，羟基磷灰石/双相磷酸三钙复合支架的主要成分为羟基磷灰石和β-磷酸三钙，其中羟基磷灰石在体内基本不降解，故此处对β-磷酸三钙粉体进行体外降解实验。β-磷酸三钙的降解产物可为成骨细胞提供矿化所需的钙、磷离子，从而具有更高的骨诱导活性，但纯β-磷酸三钙降解太快，因此此次实验所用的涂层材料为羟基磷灰石/β-磷酸三钙复合材料，通过测试涂层中β-磷酸三钙的体外降解特性从侧面验证涂层对支架骨诱导活性提升的作用。β-磷酸三钙粉体降解速度随时间变化如图10所示，粉体降解率随时间增长而上升，在14周时降解率达28.5%。"