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骨缺损是骨科常见的临床问题,组织工程在治疗骨缺损方面具有巨大的潜力。组织工程支架材料是组织工程的关键要素,其生物性能受多个因素影响,而拓扑结构是影响骨组织工程支架材料生物性能的重要因素之一,因此对其研究具有重要意义。本论文制备了一系列具有不同拓扑结构的组织工程支架材料,包括不同表面元素分布和粗糙度的聚膦腈膜、相分离法制备的聚乳酸纳米纤维／碳纳米材料复合支架、电纺丝法制备的生物活性玻璃纳米粒子掺杂的碳纳米纤维膜和具有荧光的纳米纤维膜。通过使用成骨细胞和骨髓间充质干细胞进行的体外实验以及动物体内实验对此类具有不同拓扑结构的组织工程支架的生物性能进行评价,考察了碳纳米材料、生物活性玻璃纳米粒子等活性物质的添加对纳米纤维支架生物性能的影响,并对可降解纳米纤维支架的体内追踪方法做了初步的研究。为评价不同材料的生物性能,本文首先对成骨细胞和骨髓间充质干细胞进行了分离培养,所得的细胞活性良好,纯度较高,有成骨活性,可以用于组织工程支架材料的生物性能检测。通过在不同湿度下制备了较简单的具有不同表面拓扑结构的PGAP和PLGA膜。通过控制环境湿度,在80%的高湿度下制备的PGAP6-80和PGAP12-80具有蜂窝状表面拓扑结构,而在20%的低湿度下制备的PGAP6-20和PLGA6-20则具有相对光滑的平面结构,蛋白吸附的能力与表面粗糙度呈正比。PGAP膜表面具有高比例的P元素和N元素,因此具有较好的亲水性。PGAP膜均具有较好的诱导矿化能力,其中表面粗糙度较大以及P含量较多的PGAP12-80诱导矿化能力最强。通过细胞体外实验证明,PGAP对MC3T3-E1细胞的贴附和增殖促进作用不明显,但是对其成骨分化有显著的促进作用。通过热致相分离法制备了具有较复杂纳米纤维结构的PLLA纳米纤维支架,其结构与天然细胞外基质类似,并在其中成功引入了CNT和NGP,且在纤维中分散均匀。通过BMSC细胞体外实验和植入裸鼠体内的动物实验,证明纳米纤维结构以及碳纳米材料的添加对BMSC细胞的贴附和增殖有促进作用,并在体外和体内均能诱导BMSC向成骨方向分化。碳纳米材料的加入提高了支架材料的成骨诱导性能,提升效果与添加量呈正比,且NGP的效果优于CNT。通过在电纺丝过程中使用不同的接收装置,制备了具有平行和无规两种可控拓扑结构的碳纳米纤维,并通过BMSC体外实验证明具有平行拓扑结构的碳纳米纤维更有利于细胞的成骨分化；以TEP、TEOS和硝酸钙为溶胶原料,以分子量10万的PAN为基体,采用静电纺丝、溶胶-凝胶及后烧结的方法制备了具有平行拓扑结构的负载不同生物活性玻璃纳米颗粒的碳纳米纤维,通过BMSC细胞体外实验和植入裸鼠体内的动物实验,证明中等硅含量的68S生物玻璃掺杂碳纤维最有利于BMSC在体外和体内的成骨分化。通过电纺丝法制备了PLLA/d-p48荧光纳米纤维膜,纤维形态良好,荧光强烈。d-p48分子在PLLA纳米纤维中稳定,没有检测到被动扩散溶出的发生。植入动物体内2周后,纳米纤维膜荧光依然强烈,可以清楚显示材料的形态,且对动物无明显的急性毒性作用。综上所述,骨组织工程支架材料的拓扑结构对其生物性能具有重要的影响,此外,碳纳米材料、生物玻璃纳米粒子等生物活性物质的添加也对骨组织工程支架材料的生物性能有改善的作用。