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羟基丁酸与羟基辛酸共聚物一体化骨软骨组织工程支架：制备工艺与性能探究

一、引言

1.1研究背景与意义

骨软骨组织在人体运动系统中起着关键作用，然而，由于创伤、疾病和退行性变等因素，骨软骨损伤的发病率呈上升趋势，严重影响患者的生活质量。据统计，在运动损伤中，关节软骨损伤的发生率较高，且随着年龄的增长，骨关节炎等导致的骨软骨损伤问题也愈发普遍。传统的治疗方法，如微骨折术、自体软骨移植等，虽在一定程度上缓解症状，但存在修复组织质量差、供区损伤等局限性，难以实现骨软骨组织的功能性修复和再生。

组织工程学的兴起为骨软骨损伤治疗带来了新希望。组织工程支架作为组织工程的关键要素，模拟细胞外基质，为细胞生长、增殖和分化提供三维空间，引导组织再生。理想的骨软骨组织工程支架应具备良好的生物相容性、生物可降解性、合适的力学性能以及与天然骨软骨组织相似的结构和功能。目前，多种材料被用于制备骨软骨组织工程支架，包括天然高分子材料（如胶原蛋白、壳聚糖）、合成高分子材料（如聚乳酸、聚己内酯）和生物陶瓷材料（如羟基磷灰石、磷酸三钙）等，但每种材料都有其优缺点，单一材料难以完全满足骨软骨组织工程支架的复杂要求。

羟基丁酸与羟基辛酸共聚物（PHBHOx）作为一种新型的生物可降解高分子材料，兼具良好的生物相容性、生物可降解性和独特的物理化学性能。其分子结构中羟基丁酸和羟基辛酸的比例可调节，从而调控材料的降解速率、力学性能和亲疏水性等，以满足不同组织工程应用的需求。在骨组织工程领域，PHBHOx支架表现出良好的细胞相容性和骨传导性，能够支持成骨细胞的黏附、增殖和分化；在软骨组织工程方面，也显示出促进软骨细胞生长和维持软骨表型的潜力。然而，将PHBHOx用于一体化骨软骨组织工程支架的研究还相对较少，深入探究其制备工艺、性能优化以及在骨软骨修复中的应用机制具有重要的科学意义和临床应用价值。

本研究旨在制备羟基丁酸与羟基辛酸共聚物一体化骨软骨组织工程支架，并系统研究其性能，为骨软骨损伤的治疗提供一种新型、有效的支架材料和技术方案。通过对支架的结构设计、制备工艺优化、生物学性能评价以及体内外骨软骨修复效果的研究，有望解决现有骨软骨组织工程支架存在的问题，推动骨软骨组织工程技术的发展，为临床骨软骨损伤患者带来更好的治疗效果和生活质量改善。

1.2国内外研究现状

在骨软骨组织工程支架的研究领域，国内外学者围绕支架材料的选择、制备方法以及性能优化等方面开展了大量工作。

国外方面，对于羟基丁酸与羟基辛酸共聚物（PHBHOx）的研究起步较早，在材料合成工艺上不断优化，以实现对共聚物中羟基丁酸和羟基辛酸比例的精准调控，进而更好地控制材料性能。在支架制备技术上，采用3D打印、静电纺丝等先进技术，构建具有复杂结构和精确孔隙分布的支架。有研究利用3D打印技术制备PHBHOx支架，精确控制了支架的孔隙率和孔径大小，结果显示该支架能有效促进成骨细胞的黏附和增殖。在性能研究方面，深入探究了PHBHOx支架与细胞的相互作用机制，以及支架在体内外的降解行为和生物相容性。相关实验表明，PHBHOx支架在体内可逐渐降解，且降解产物对周围组织无明显不良反应，展现出良好的生物安全性。

国内对PHBHOx支架的研究也取得了显著进展。在支架制备上，结合多种传统和新兴技术，如溶剂浇铸/颗粒沥滤法与冷冻干燥技术相结合，制备出具有合适孔隙结构和力学性能的支架。有学者采用这种复合方法制备的PHBHOx支架，其孔隙率达到了70%-80%，抗压强度满足骨组织工程支架的基本要求。在性能研究中，重点关注支架的生物学性能，包括对种子细胞的增殖、分化诱导能力，以及与生长因子的协同作用。实验数据表明，负载生长因子的PHBHOx支架能显著促进种子细胞向成骨细胞和软骨细胞分化，提高组织修复效果。

尽管国内外在PHBHOx支架研究上已取得一定成果，但仍存在不足。一方面，目前对PHBHOx支架的结构与性能关系的研究还不够深入，难以实现支架性能的精准设计和调控。不同制备工艺对支架微观结构和宏观性能的影响机制尚未完全明确，导致在实际应用中难以根据具体需求选择最佳的制备方法和参数。另一方面，将PHBHOx支架应用于一体化骨软骨组织工程时，如何实现支架在骨和软骨区域的差异化性能匹配，以及如何促进支架与宿主组织的良好整合，仍有待进一步研究。在体内实验中，部分支架虽然能在一定程度上促进骨软骨组织的修复，但修复后的组织在力学性能和功能完整性上与天然组织仍存在差距。此外，现有研究大多集中在单一材料的PHBHOx支架，对于PHBHOx与其他材料复合构建多功能支架的研究相对较少，复合支架的制备工艺和性能优化还需要更多探索。

1.3研究内容与方法

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