天然骨具有优异的力学性能,精细的从微观到宏观的多级结构,及一定的自我修复和更新的功能;究其原因在于天然骨形成过程中的生物矿化过程。随着人类对生物矿化本质的探索和认识,发现天然骨是由以胶原蛋白为首的许多有机分子模板协同共组装而成。因此,采用有机分子模板自组装介导合成仿生材料一直是生物材料界的研究热点。通过采用有机分子模板介导合成的仿生骨替代材料不仅仅局限于在成分上对天然骨的模仿,而更加注重的是对天然骨独特结构的模拟。而且与单模板自组装相比,双模板介导合成的仿生骨替代材料具有与天然骨更加相近的多级结构,在生物材料研究领域具有更重要的研究意义。然而,随着技术的进步和生物医学材料研究的快速发展,简单的基于结构和成分上的仿生材料已经无法满足人们对生物材料更高的要求。在制备具有仿生骨结构的材料时,对其进行功能化改性,赋予它更优异的骨修复性能,才能更好的适应现代医学的发展。硅元素(silicon,Si)是人体中一种重要的微量元素,具有调节骨代谢、促进骨修复的作用。研究证明,硅元素的加入可以显著提高材料的骨缺损修复能力。因此本课题提出:采用结构相似、性能互补的胶原蛋白和丝素蛋白作为相互协同作用的复合双模板,介导合成一系列功能化的硅掺杂仿生骨替代材料,随后通过系列的体内外分析实验对材料的物相组成及生物相容性进行研究。本论文主要研究内容如下:(1)以正硅酸乙酯为硅源,采用胶原/丝素蛋白复合双模板介导合成不同硅含量的一系列硅掺杂仿生骨替代材料。通过X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)和透射电子显微镜(TEM)等各种检测技术综合分析证明,所得系列仿生骨替代材料中无机成分约占总重量的70%,与天然骨成分组成基本相似。并且所得系列仿生骨替代材料具有从0到1.2%可控的Si掺杂含量,其中的无机晶体主相是短棒状的羟基磷灰石。随着所得系列仿生骨替代材料中的Si掺杂量的逐渐升高,材料中HA晶体的结晶度逐渐降低。(2)通过与大鼠骨髓间充质干细胞(rMSCs)共培养实验证明,系列仿生骨替代材料均表现出较好的细胞相容性,能良好的支持rMSCs细胞的粘附、生长和增殖,并且保持良好的细胞形态。随着Si含量的增加,材料促细胞增殖和粘附的效果逐渐增强。通过碱性磷酸酶活性检测和染色、RT-PCR、免疫荧光染色和钙结节染色等实验表明,与其它组相比,Si含量0.8wt%的实验组具有更好的促rMSCs向成骨方向分化的能力。(3)人工合成高分子聚合物PLGA,具有优异的相容性、可降解性和可塑性,在生物材料领域应用非常广泛。本研究采用冰模板法制备出具有有序孔结构的高孔隙率多孔支架。经FSEM等手段分析可见,支架孔隙率在80%到90%之间,孔径约为150～200 μm,支架内部孔与孔之间连通性良好;硅掺杂仿生骨替代材料均匀分布在支架中,导致孔壁结构粗糙。通过细胞与支架材料的共培养,发现含有硅掺杂仿生骨替代材料的复合支架组具有更好的支持rMSCs粘附和增殖的效果。(4)采用大鼠皮下植入实验和大鼠颅骨缺损修复实验评价支架在生物体内的相容性和促骨缺损修复能力。通过H&E和Masson等组织学染色分析显示,支架材料在植入大鼠皮下3周后已部分降解,周围的新生组织和细胞能较好的长入支架内部,并且在植入区域没有引起显著的免疫排斥反应。通过组织学染色和医学影像学分析综合分析可见,植入8周后,Si含量0.8wt%的复合支架具有更好的促骨缺损修复能力,缺损区域基本愈合。