关键词： 热浸镀   Zn-Al-Mg合金   助镀剂   界面润湿   耐腐蚀性  

摘要： 热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层拥有良好的腐蚀防护能力,可以应用于腐蚀严重的环境,但是镁元素的加入会导致热浸镀后钢板表面出现漏镀和麻点等质量问题。研究钢基表面状态、助镀剂的作用、镀液成分以及镀液与钢基表面的反应,有望从根本上解决溶剂法热镀Zn-Al-Mg镀层表面质量差的问题。本文研究了五种助镀剂的成分对于热浸镀过程的影响,同时研究了Mg含量对钢基表面润湿性、浸镀效果的影响规律,分析Mg对界面层组织结构和镀层耐蚀性的影响。结果表明:助镀剂成分为ZnCl、NHCl、KCl、BiCl和HCl时,助镀后可以在钢基表面生成具有保护作用的致密盐膜,防止了钢基表面的再次氧化。该种助镀剂通过降低固液界面能和增大固液间粘附功的方式使得钢基体表面达到最好的润湿性,在热镀Zn-Al-Mg合金后可以得到表面质量较好的镀层。钢基体进入熔融的Zn-Al-Mg镀液时,先与镀液中的Al反应生成由Fe-Al化合物组成的反应层,且Mg的添加会抑制Fe-Al相的生成。Mg主要参与凝固层的形成,未加Mg时,Zn-Al镀层的凝固层由富Zn相、FeAl相以及富Zn的Zn/Al二元共晶组织构成;Mg含量为1 wt.%时,凝固层中增加了少量的Mg Zn相;Mg含量为3 wt.%时,凝固层组织由富Zn相、FeAl相、富Zn的Zn/Al二元共晶组织、Mg Zn相和Zn/Al/Mg Zn三元共晶组织组成;Mg含量为5 wt.%时,镀层的凝固层除了包含上述物相外,还增加了富Al的Zn/Al二元共晶组织。腐蚀反应首先发生于Zn/Al/MgZn三元共晶组织,之后是Zn/Al二元共晶区以及腐蚀电位较低的Zn、Al相,最后是Mg Zn相。随着Mg含量的增加,Zn-Al-Mg镀层的腐蚀防护性能先升高后下降,当Mg含量为3 wt.%时,镀层的耐腐蚀性最佳,这是因为凝固层中不同的物相改变了Zn-Al-Mg镀层的腐蚀电位。Zn-6 wt.%Al镀层的腐蚀产物为Zn(OH)Cl·HO、Zn(OH)和Zn O;Zn-6 wt.%Al-3 wt.%Mg镀层的腐蚀产物只有Zn(OH)Cl·HO。Mg促进了Zn(OH)向Zn(OH)Cl·HO转变的同时抑制其向ZnO的变化,使得镀层的耐腐蚀性得到了提高。

关键词： 人工血管   ODMA-GelMA水凝胶   层层自组装   生物相容性   力学性能   秀丽隐杆线虫   毒性效应  

摘要： 为实现心血管疾病治疗中组织器官的替换,寻找一种合适的生物墨水来进行三维构建以打印组织器官的替代物势在必行。GelMA水凝胶作为一种生物相容性和细胞活性良好的生物材料已被广泛应用于生物墨水的打印。但是该生物墨水打印的结构力学性能并不优异,因此需要改善其力学性能,并进一步提高其生物相容性,以便用于人工血管材料的打印。通过将ODMA插入GelMA中可使ODMA-GelMA水凝胶变得更有韧性、更有弹性。本论文的目的是提高ODMA-GelMA水凝胶的力学性能和生物相容性,使其能够满足作为人工血管替代物的性能要求。本研究利用本实验室自行搭建的3D生物打印机对ODMA-GelMA水凝胶进行打印,打印成中空管状的人工血管结构,并采用层层自组装的方法在ODMA-GelMA水凝胶的表面构建(RSF/CHI)多层复合膜。对组装多层复合膜之后的水凝胶进行SEM表征,测定其应力应变、杨氏模量和溶胀率,得到该生物材料的力学性能参数;接着用He La细胞来检测细胞相容性,用CCK-8试剂和荧光双染色试剂检测细胞在水凝胶中的存活情况;之后通过给小鼠尾静脉注射水凝胶浸提液7天后,并分析小鼠不同的组织切片,来观察水凝胶在体内的急性生物毒性。最后将水凝胶浸提液作为秀丽隐杆线虫这种模式生物的环境接触来源,在线虫的整个生存期来分析其生长发育参数、寿命、繁殖能力及运动能力,得到水凝胶材料对生物体的长期毒性效应。通过对组装(RSF/CHI)多层复合膜的ODMA-GelMA水凝胶进行力学性能、细胞相容性、血液相容性、体内急性以及长期毒性效应的研究,结果表明:(1)组装(RSF/CHI)多层复合膜可以提高水凝胶的力学性能,使得水凝胶抗压性能提高,韧性和强度都有所提高,并且通过横截面的观察分析可以得到组装(RSF/CHI)多层复合膜之后水凝胶的孔径之间变得更加紧密,孔径变小,这也是其性能有所提高的原因所在。(2)细胞相容性和血液相容性:通过CCK-8实验和荧光双染色实验,检测细胞增殖情况,结果表明水凝胶浸提液对细胞的生长没有毒性,细胞增殖情况良好,且随着组装层数的增加,细胞增殖数量越多。在检测复合水凝胶溶血率的实验中,组装(RSF/CHI)复合膜的水凝胶浸提液的溶血率都低于正常非溶血材料的溶血率,所以满足作为人工血管材料的溶血条件。(3)体内急性毒性效应:通过小鼠尾静脉注射水凝胶浸提液来检测材料的急性体内毒性,结果表明浸提液注入体内7天之后,心、肝、脾、肺、肾、脑组织切片的观察结果未显示有明显的炎症反应。该复合水凝胶材料未在小鼠体内检测到显著的毒性并影响小鼠的正常组织器官,表明体内生物相容性较好。(4)体内长期毒性效应:添加水凝胶浸提液后,线虫寿命、体长、泳动速率均与未添加组线虫差异不显著;但线虫的子代数量有显著降低,提示我们不可忽略该材料的长期毒性。通过对ODMA-GelMA水凝胶进行改性分析,得到(RSF/CHI)多层复合膜的ODMA-GelMA水凝胶,从力学性能与生物相容性及经济性等方面综合评价均有较好改善,可用于人工血管的3D打印材料。

关键词： Mg-Bi合金   挤压   力学性能   阻尼性能   腐蚀行为  

摘要： 为满足日益苛刻的节能减排要求,作为现如今工程应用中轻量化材料的代表,镁合金得到了广泛的发展和应用。但是成本过高和性能偏低仍是制约镁合金发展的瓶颈。已有研究表明含Bi镁合金对开发低成本高强度镁合金具有巨大潜力。目前,针对挤压态Mg-Bi二元合金的显微组织与腐蚀行为研究仍非常有限,此外,相关阻尼特性也鲜有报道。因此,本文主要就Mg-Bi二元合金进行系统研究,力图了解所制备的挤压态合金的微观组织、阻尼性能与腐蚀行为的内在联系,为开发新型Mg-Bi合金提供理论基础和技术借鉴。采用重力铸造制得纯Mg与Mg-x Bi(x=3,6,9 wt.%)二元合金并通过热挤压得到变形态Mg-x Bi(x=0,3,6,9 wt.%)合金。综合应用OM、XRD、SEM、EBSD与TEM等表征手段对其显微组织、物相类型以及织构演化进行研究;通过动态机械分析仪检测合金的阻尼性能;采用拉伸试验机检测合金的力学性能;通过失重、析氢与电化学实验对合金的腐蚀行为进行研究。结果表明:挤压态纯Mg中添加Bi元素后,在引入MgBi相的同时,显微组织得到明显细化。Mg-Bi合金在挤压过程中产生大量细小的MgBi沉淀相。沉淀相通过齐纳钉扎效应抑制动态再结晶(DRX)晶粒长大,使晶粒尺寸显著减小。随Bi元素含量增加,Mg-Bi合金中未溶解的粗大MgBi相数量增加,通过颗粒激发成核机制,促进DRX。Bi元素的加入使挤压态纯Mg的强度提高。然而,挤压态Mg-Bi合金的延伸率低于挤压态纯Mg,这主要是由于未溶解的MgBi相在拉伸过程中充当了裂纹源导致塑性下降。此外,Bi元素加入形成的MgBi相与α-Mg形成微电偶腐蚀,腐蚀程度随MgBi相的数量增加趋于恶化。挤压态纯Mg与Mg-Bi合金的室温阻尼性能曲线呈现两段式变化趋势。室温下,Mg-Bi二元合金的阻尼性能远低于挤压态纯Mg,随着Bi元素含量自3 wt.%增加到9wt.%,挤压态镁合金阻尼值tan先增大再减小,其室温阻尼符合位错钉扎模型。高温阻尼谱发现,无论是纯Mg还是Mg-Bi二元合金,其阻尼性能都随温度升高而升高,阻尼温度谱上的P峰具有热激活特征,挤压态Mg-Bi合金高温阻尼性能符合粘弹性弛豫行为。综上所述,Bi元素添加对纯Mg的力学和阻尼性能都有积极影响,但对耐蚀性不利,这为研发高性能镁合金提供了有益参考。

关键词： 镁合金   聚β-羟基丁酸酯   复合涂层   腐蚀速率   生物相容性  

摘要： 血管支架是介入治疗心血管疾病患者的过程中必不可少的器材。理想的可降解支架可以在植入初期和吸收过程中提供必要的机械强度来维持血管通畅和血管组织重建,还可以通过药物负载使支架局部释放药物促进人体的康复;并且在血管重建完成后在人体中发生生物降解,降低后期出现血栓和炎症的可能性。镁合金的机械性能、可加工性远远优于聚合物支架,并且镁合金支架具有良好的生物相容性和生物可降解性。但镁合金在人体生理环境中腐蚀速率较快、腐蚀过程不均匀限制了镁合金作为生物材料在临床上的应用。因此,通过对镁合金进行表面改性提高镁合金的耐腐蚀性能以及功能性成为对当下医用镁合金进行优化的重要手段。具有良好的生物相容性和生物可降解性的天然聚合物聚β-羟基丁酸酯(PHB,poly-β-hydroxybutyrate),在临床中常用于伤口缝合线和敷料。在人体内环境中,PHB被体液浸润后PHB中的酯键会发生断裂,此外体内存在的微量酯酶和巨噬细胞可以促进PHB的降解。因此通过PHB和镁合金基体的结合可以降低镁合金支架的降解速率。层层自组装技术(LBL,layer-by-layer self-assembly)是一种在纳米尺度上可控的分子间组装方式,可以通过正负电荷相互吸引将带有负电荷的肝素药物分子和带有正电荷的血管内皮生长因子(VEGF,vascular endothelial growth factor)组装到氨基化后带正电荷的PHB基底材料表面,形成具有药物活性的涂层,提高材料的生物相容性。以下是本论文的主要研究内容和结果:1.载药涂层镁合金的制备、表征和耐腐蚀性能测试。通过观察材料表面微观形貌、腐蚀电位和降解过程中溶液变化可以发现:药物负载过程不会破坏镁合金表面的PHB基底结构的完整性和耐腐蚀性能,在静态降解周期中PHB基底的降解行为并未因为药物负载出现明显的变化。2.具有载药涂层镁合金的生物相容性。在血液相容性载药涂层镁合金的溶血率和血小板粘附数量均远低于其他涂层,且材料表面的动态凝血时间、材料浸提液的凝血酶原时间(PT)和活化部分凝血酶时间(APTT)明显更长。细胞相容性实验中,载药涂层镁合金的浸提液能促进细胞的生长、提高细胞迁移速率、减少细胞损伤、抑制细胞发生凋亡、提高细胞的黏附能力。3.通过阳极氧化和镀铜对镁合金材料和PHB之间的结构优化,研究了该材料的电化学性能和生物相容性。镁合金和PHB基底之间的AO-Cu/Cu O结构显著提高了镁合金和PHB之间的结合力,电化学阻抗和腐蚀电位结果表明,该结构具有更高的阻抗,更小的电流密度。而抗菌实验中,MACP的浸提液抑制大肠杆菌的生长和繁殖。在生物相容性方面,MACP的浸提液对溶血率、凝血功能、浸提液中细胞LDH释放量、细胞活性和细胞生长形态不会造成明显的影响,而MACP材料表面的血细胞黏附数量没有出现增加。

关键词： 镁合金   转化膜   耐蚀性能   添加剂   导电性  

摘要： 镁合金材料具有比强度高、可塑性强、质量轻等特性,现已被广泛用于军工、航空航天、大型交通等领域。但镁合金易引发电偶腐蚀、耐腐蚀性差,这极大限制其在工业中的使用。对镁合金进行处理增强耐蚀性能,利于镁合金工业化使用;同时保证镁合金耐蚀性及导电性可使镁合金在电子通信等领域被大量使用。本论文主要研究目的是采用化学转化法在AZ91D镁合金表面制备两种锰系磷化膜,首先添加不同添加剂制备耐蚀性优异的磷化膜,再确定较优磷化液制备耐蚀导电磷化膜。通过电化学测试、高锰酸钾点滴试验、中性盐雾试验测试磷化膜耐蚀性能;通过数字万用表测试膜层导电性能;通过SEM、EDS、XRD表征膜层形貌及物质组成。主要研究工作如下:1、通过单因素试验及正交试验优化磷化液基础工艺配方。选择硝酸锶作为添加剂,优化硝酸锶浓度并研究其对磷化膜耐蚀性能的影响。基础磷化膜优化工艺配方为:35 g/L磷酸二氢锰、3 g/L硝酸钠、3 g/L EDTA-4Na,反应时间10 min、反应温度60°C、p H 3～3.5(磷酸调节)。结果表明:基础磷化液添加0.5 g/L硝酸锶制得磷化膜的耐蚀性能最佳,膜层i为7.28×10 A/cm、E为-1.485 V,比基础磷化膜i减小约1个数量级,比基体i减小约2.5个数量级;该膜层均匀致密,且主要组成物质包含Mg HPO、Mn HPO等。SEM图显示加入硝酸锶可减小晶粒尺寸、增加晶粒形核密度,提高膜层致密度、提高膜层耐蚀性能。2、制备AZ91D镁合金表面耐蚀导电磷化膜,研究磷化液各组分浓度及反应条件对膜层耐蚀性能、导电性能的影响。通过单因素试验及正交试验优化得到的镁合金耐蚀导电磷化膜工艺配方为:磷酸二氢铵20 g/L、乙酸钠15 g/L、硝酸钠65 g/L、柠檬酸5 g/L、硫酸锰6 g/L、硝酸钙2 g/L、氟化钠2 g/L、OP-10 3 ml/L,p H 3～3.5(磷酸调节)、反应温度60°C、反应时间5 min。制得磷化膜i为2.33×10A/cm、E为-1.536 V,比基体i减小1.5个数量级,中性盐雾试验48 h后膜层等级为7,磷化膜表面接触电阻为0.18?,即该磷化膜具备较好耐蚀、导电性能,可作为耐蚀导电磷化膜使用。测试结果显示膜层均匀致密,膜厚4μm左右,膜层主要由Mg、O、P、Mn、Ca等元素组成,膜层主要物质为MgHPO。

关键词： 骨肉瘤   植入材料   镁合金   双氢氧化物涂层   雷公藤红素  

摘要： 骨肉瘤是最常见的恶性骨肿瘤,常见于儿童及青少年,致死率或致残率极高,对社会家庭危害重大。目前临床使用的标准化治疗方案包括新辅助化疗+手术+术后化疗的保肢治疗方式,但近5年患者总体生存率未进一步提高,主要原因在于术后局部复发和转移。目前应用于保肢治疗的材料主要为钛合金、不锈钢或钴铬钼合金等,均为惰性材料无生物活性对肿瘤治疗无作用,且远期因力学不匹配导致植入材料松动、断裂。植入材料直接与体内组织相接触,可作为抗肿瘤的第一道战线,因此赋予植入材料抗肿瘤效果是提升骨肉瘤疗效的潜在手段。镁合金是可降解金属的代表,被誉为下一代生物医用金属材料,具有良好的力学性能和可降解性,其降解产生的镁离子能有效促进新骨生成。最新研究表明镁基金属具有良好的抗肿瘤效应,因此镁合金在骨肉瘤治疗中亦具有极大潜力。但其仍有许多不足,首先是镁合金降解速率过快,产生大量镁离子和氢气,导致组织周围碱性微环境和炎症反应;其次是其抗肿瘤效果虽强于钛合金等惰性材料,但在治疗恶性肿瘤方面仍不够满意。因此,为满足临床应用需求,需改善其抗腐蚀效果并提升抗肿瘤效应。为解决这两个问题,本研究采用水热法原位生成的方式在镁合金表面构建Mg-Al双氢氧化物(LDH)涂层,并利用涂层的层间置换效应负载活性药物雷公藤红素(celastrol),研究结果发现:1、镁合金表面LDH涂层可显著改善镁合金的抗腐蚀效果和生物相容性,体内外研究显示其成骨成血管作用也得到提升;2、LDH镁合金材料负载雷公藤红素后能缓慢释放药物,且体内外实验显示负载雷公藤红素的LDH镁合金可有效杀死骨肉瘤细胞,其作用与诱导肿瘤细胞凋亡和活性氧产生有关,而自噬在其中起到拮抗凋亡的作用,当抑制自噬后肿瘤细胞凋亡进一步增加;3、体内实验显示负载雷公藤红素LDH镁合金材料可在早期明显促进新骨生成,有利于材料与骨的稳定结合,这可能与雷公藤红素在体内释放后抑制破骨细胞活性有关。综上,本研究以镁合金为基底构建LDH涂层并负载雷公藤红素,所制备的新型材料可有效杀死骨肉瘤细胞并促进骨修复,从植入材料的角度为骨肉瘤的综合治疗提出新方法。

关键词： 镁合金   本构模型   动态再结晶   热加工图  

摘要： 由于低密度、高强度以及高比刚度等特点,镁合金的塑性加工产品在交通运输、航空航天、3C等领域有着广泛的应用前景。但是镁合金因其密排六方结构,室温滑移系过少导致其塑性变形能力较差,限制了镁合金大规模使用。研究镁合金的塑性变形行为,具有一定的工程指导意义。本文以铸态AZ80镁合金为研究对象,研究了其塑性变形行为,并结合正挤压实验优化了变形工艺。首先进行等温压缩实验,变形条件为温度（523-673K）应变速率（0.001-1s-1）。基于实验数据分别建立了原始的和改进的Johnson-Cook（J-C）模型来预测材料的高温流动行为,并在此基础上提出了优化的J-C模型,克服了原先模型不能在全应变范围内准确预测流动应力的不足。随后基于Zener-Hollomon参数建立了动态再结晶动力学模型和再结晶晶粒尺寸演化模型,分析了 Z参数对再结晶速率、再结晶百分数、再结晶晶粒尺寸的影响。接着利用本构模型预测的应力应变数据,建立了两种失稳准则的热加工图;并结合动态再结晶模型和微观组织对加工图进行比较分析,优选出适宜加工区间。最后进行正挤压实验,测试分析不同工艺条件挤压后材料的力学性能,对适宜加工区进行验证。得到结论如下:（1）铸态AZ80镁合金的流动峰值应力随温度的增加而减小;随应变速率的增加而增大。原始的J-C模型不能很好地预测材料的高温软化行为;改进的J-C模型可以预测AZ80流动软化,但无法反映材料在加工硬化-动态回复阶段的流动行为;这是因为二者没有考虑应变、应变速率和温度对流动应力的耦合效应,优化的J-C模型弥补了不足,可以在全范围内（应变0到0.69）较好地预测材料流动应力,预测精度比原始的J-C模型和改进的J-C模型有了明显提高,优化的J-C模型相关系数（r）值为0.9829,平均相对误差（AARE）为5.60%。（2）基于Arrhenius方程计算出铸态AZ80镁合金热变形激活能Q=166.47kJ/mol。结合微观组织对比发现,网状的第二相会在基体相周围偏聚沉淀,使材料的热变形激活能升高。基于Zener-Hollomon参数建立了动态再结晶模型,温度越高、应变速率越低,Z值越低。Z值对动态再结晶动力学有重要影响。Z值降低使得临界应变降低,动态再结晶发生越容易,再结晶也越完全。显微组织观测表明真应变达到ε=0.69时,所有试样再结晶百分数均达到了 50%以上。在三组条件下（T=673K、ε=0.001s-1,T=673K、ε=0.01s-1,T=623K、ε=0.001s-1）完全再结晶,选择再结晶发生更容易、再结晶更完全的工艺区间进行热变形较好。此外,Z值越小,再结晶晶粒尺寸越大。（3）在全应变量范围内（0到0.69）,基于Prasad失稳准则和Murty失稳准则,分别建立了铸态AZ80镁合金热加工图。比较得出基于Murty准则建立的热加工图更准确。应变量小于0.4时,加工图随应变增加变化明显;受到动态再结晶软化作用的影响,应变大于0.4时,可加工区和失稳区的变化不明显,失稳区有向低温高应变速率区域收缩的趋势。通过正挤压热变形实验验证,确定了最佳变形工艺区间为温度T=623K～673K,ε=0.001s-1～0.01s-1以及T=660K～673K,ε=0.01s-1～0.1s-1。该工艺条件下测得材料的室温拉伸力学性能,抗拉强度在300MPa以上,延伸率可以达到0.15。

关键词： 医用镁合金   纳米晶锌   复合涂层   降解特性   细胞相容性  

摘要： 镁合金具有可降解性、良好的生物力学相容性和良好的生物安全性基础,是理想的骨科内固定材料。但其初期降解速率过快,导致其力学性能提前失效,降解过程释放大量氢气,引发炎症,影响骨组织愈合,同时会造成局部pH迅速升高,导致碱性中毒,降低细胞活性,这严重地制约其在临床中的广泛应用,亟需解决。在镁合金表面制备涂层不仅可以隔离腐蚀介质与基体,减缓镁合金的降解速率,同时还可提高其生物相容性。本论文首先采用电化学沉积技术在WE43镁合金表面制备纳米晶锌(Zn)涂层,电化学测试表明镁合金在模拟体液(SBF)中的腐蚀电流密度从151.1±13.8μA cm-2降低到29.4±7.4 μA cm-2,Zn涂层明显降低镁合金在SBF中短期的降解速率。然而浸泡实验结果说明,Zn涂层无法长效保护基体,这是由于随着浸泡时间延长,腐蚀介质穿过Zn涂层中的缺陷,Zn涂层和镁合金基体之间会形成电偶,加速镁合金基体的溶解。Zn涂层亦降低镁合金的体外细胞相容性。为了解决Zn涂层无法为镁合金基体提供长期保护的问题,本文在纳米晶Zn涂层的基础上进行了化学转化处理,得到由Zn3(PO4)2、ZnO和TiO2组成的具有更高的化学稳定性的转化层。此转化层覆盖Zn涂层的微孔等缺陷,将WE43镁合金在SBF中的腐蚀电流密度进一步降低至4.1±0.8μA cm-2。在SBF中浸泡7天后,转化层有效地阻止腐蚀介质的传输,使得腐蚀介质无法穿过复合涂层抵达基体,将剧烈的电偶腐蚀转变为轻微的Zn涂层腐蚀。浸泡15天后,镁基体的平均腐蚀速率降低62%,说明复合涂层可以在生理环境下为镁合金提供长效保护。细胞粘附实验结果表明复合涂层可提高基体的细胞相容性。为了进一步减缓镁合金的降解速率,我们在沉积有纳米晶Zn的镁合金表面制备了钙锌磷涂层。经反应参数优化得出,当水热反应溶液中溶质的浓度为1.5倍,水热反应时间为6 h时,可以获得最佳电化学保护性能。水热涂层中致密的下层由CaZn2(PO4)2·2H2O和ZnO的颗粒状晶体紧密排列而成,抑制基体快速降解;锯齿状上层为CaHPO4,有望提高镁合金的生物活性。电化学测试结果表明,此复合涂层将镁合金在SBF中的腐蚀电流密度降低4个数量级,电荷转移电阻增加706倍。在SBF中浸泡7天的结果表明,复合涂层明显减少了镁合金的析氢量,同时有效避免了浸泡溶液pH值的快速升高,浸泡后表面结构更加均匀有序,经历了边溶解边生长的过程。水热层有效阻碍了腐蚀介质渗透,腐蚀反应止于Zn涂层。复合涂层提高了镁合金的细胞相容性,这归因于涂层组成物相本身的良好生物相容性和涂层较为稳定的表面状态,有利于细胞粘附。

关键词： 软骨支架   复合水凝胶   脱细胞基质   生物相容性  

摘要： 关节软骨是人体内部承担力学负荷、维持关节正常功能的结缔组织，由于无法通过自身修复，必须人工加以干预。利用生物增材制造可以比较精准地控制软骨支架的结构，同时保证支架的生物活性，而生物墨水的选择对软骨支架至关重要。生物墨水必须同时具备生物相容性佳、细胞融合度好、机械性能优的特点。本研究构建了一种软骨脱细胞基质复合支架，支架具有良好的生物友好性及可控的承力强度，有望应用于软骨修复。本研究的主要内容如下：　　(1)本研究对软骨脱细胞方法进行改进。在运用物理冻融法、化学去污剂、酶解法等基础上，使用含不同浓度SDS的去污剂对软骨进行再次脱细胞处理，通过组织学染色、扫描电镜等方法检测了脱细胞程度及细胞外基质保留的情况，选择脱细胞效果最佳的配比，将其应用于最终实验制备出相应的软骨脱细胞基质。经实验研究表明，在其他同等条件下，含1%SDS的去污剂脱出的软骨脱细胞基质效果最佳，适合加入本实验水凝胶墨水中制备3D生物打印软骨支架。　　(2)本文选择合适的软骨脱细胞基质(cdECM)将其与明胶、海藻酸盐、羟基磷灰石这类天然基质混合，分别配制含1.5%和3%浓度的脱细胞基质的复合预凝胶溶液(SG-B,SG-C)以及纯明胶-海藻酸钠-nHap复合预凝胶溶液(SG-A),调控温度进行梯度加热，使水凝胶流动性达到最佳，利用CCA-Ⅱ细胞受控组装机对三组水凝胶进行打印，制备软骨修复支架。探索脱细胞基质的加入对支架的力学性能、溶胀性、平衡含水量、降解性等理化性能的影响和变化规律。结果证明，脱细胞基质的加入并未对支架的压缩模量和降解性产生较明显的改变，但在一定程度上加强了支架的亲水性，有益于植入动物体内。　　(3)通过细胞实验评价脱细胞基质复合水凝胶支架的生物相容性。自提SD大鼠的软骨细胞和骨髓间充质干细胞，进行短期培养扩充传代。对3D打印的复合水凝胶支架进行支架毒性检测，数据表明脱细胞基质复合水凝胶支架材料对细胞无毒害或低毒害，支持小鼠软骨细胞的生长。最后，将传代后的大鼠软骨细胞接种到制备的支架上进行钙黄绿素-PI活/死染色。经光学显微镜观察计数得出，适量脱细胞基质的加入使得细胞的存活率增高，细胞在水凝胶中增殖并延展。