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骨缺损是世界范围内一种常见的临床难题,具有基数大、范围广、病情多样化的特点,因此对骨修复材料的性能也提出诸多要求。近年来很多的实验研究表明硅元素作为骨再生修复过程中重要的微量元素,能够提高成骨基因的表达,刺激成骨信号通路,加快骨小梁生成爬行沉积,具有良好的生物活性和成骨诱导性,作为含硅元素的硅基生物活性骨修复材料体现出较高的研究开发价值,本文根据硅基骨修复材料的特点,对C3S/CPC和C3S/45S5/CaSO4两种新型复合骨水泥材料进行体内外生物相容性、生物降解性、成骨特性评价,为两种新材料的研发和后期的临床转化提供参考及数据支持,并以此证实硅酸盐生物陶瓷材料用于临床骨修复的共性作用;同时进一步对常见的硅基多孔生物活性陶瓷（镁黄长石）的亚慢性全身毒性反应进行了研究,填补了此类材料在亚慢性全身毒性方面研究的空白,完善硅酸盐生物陶瓷临床转化的必要环节。第一部分硅酸盐可吸收性骨水泥的动物体内生物学评价【目的】针对磷酸钙-硅酸三钙骨水泥（Calcium phosphate cement-Tricalcium silicate cement,CPC-C3S）的体内生物相容性、成骨性能和降解特性进行研究和评价,旨在为此类材料的潜在临床应用提供动物体内评价参考。【方法】于新西兰大白兔股骨远端钻取直径5 mm、高10 mm的圆柱形骨缺损,随机选取一侧股骨髁植入CPC-C3S样品,另一侧股骨髁缺损处植入CPC样品作为对照,分笼饲养;于术后4、8和12周分别处死8只动物,观察动物术区外观情况,行X线片拍摄,并取样进行组织学分析。【结果】术后即时X线片观察材料填充状况良好,未见材料误入骨髓;术后4周,骨缺损部位与材料之间界限清楚,材料组及对照组的材料质硬,无降解,且植入材料骨缺损部位可见白色颗粒;术后8周,材料组的材料降解变软,材料周边有新骨生成,材料与骨缺损边界不清楚,对照组材料包裹于纤维瘢痕组织,骨缺损边界仍然清楚;术后12周,材料组材料降解明显,材料内部有新骨长入,且材料与动物体内周围组织的界限模糊,对照组材料与周围组织界限清晰,部分材料降解,材料周围被纤维组织包裹,此时,CPC-C3S组材料降解率为45.4%,CPC组材料的降解率为32.4%。【结论】CPC-C3S复合材料与CPC骨水泥的生物相容性相似,同时,CPC-C3S复合材料具有更好的力学性能、表面成骨活性及降解性能,通过进一步的优化,有望成为一种应用前景良好的新型生物活性骨修复材料。第二部分硅酸基复合骨水泥材料的制备及体内评价【目的】实验将生物活性玻璃45S5（Bioactive glass,BG）作为生物活性填料添加到硅基骨水泥中,以期进一步提高硅基生物活性材料的力学强度;通过体外实验评测了材料的固化时间、力学强度以及材料诱导羟基磷灰石沉积能力;结合体内实验,评测了材料的生物相容性、生物降解性和成骨性能,为此类材料的临床应用提供更多的参考数据。【方法】实验通过溶胶凝胶法制备Ca3Si O5,并将Ca3SiO5、CaSO4和45S5按重量比35%、35%和30%的比例混合球磨24 h制得CSC骨水泥,Ca3SiO5与Ca SO4的混合物作为对照;将混合材料制浆并于模具中制样,测量浆料注射性能并按ISO9597-1989E标准测量材料的固化时间,养护后测量样品抗压强度,模拟体液（simulated body fluid,SBF）浸泡测试材料诱导羟基磷灰石沉积的能力。体内实验,根据液固比（L/P=0.35）为0.35 mL·g-1将复合骨水泥材料制样,BG与CPC作为对照组,于新西兰大白兔股骨髁钻取直径5 mm、深度10 mm的圆柱形骨缺损,随机选取一侧股骨髁植入样品,另一侧股骨髁缺损处植入BG或CPC样品作为对照,分笼饲养;于术后3、6、12月分别处死新西兰大白兔,观察动物术区外观情况,并取样进行组织学分析。【结果】CSC骨水泥的初凝和终凝时间分别为13和26 min,对照组Ca3SiO5/CaSO4骨水泥的初凝和终凝时间分别为18和36 min;CSC浆料的注射性能随时间的延长而衰减,5 min时可注射70%的浆料,10 min时可注射43%的浆料而不发生固液分离;CSC样品抗压强度前期增加较快,1 h高于10 MPa,24 h后高于30 MPa;红外图谱于1044 cm-1出现了PO43-离子的特征吸收峰,说明CSC材料表面有类骨羟基磷灰石形成;组织学分析表明,BG组材料的降解速率最快,CSC组材料的降解速率最慢,且过程中样品未发生应力性断裂;Von-Gieson染色结果为材料植入3个月后,CSC材料表面有新骨形成,骨组织与材料明显发生了直接接触,随时间推移,骨接触面积不断增加,12个月后,大部分材料表面被新骨组织覆盖,3、6、12个月CSC样品骨接触率分别为40%、70%和80%。【结论】BG的引入提高了CSC材料的力学强度,同时CSC材料具有诱导羟基磷灰石在其表面沉积的能力,体内实验表明CSC材料与周围骨组织有良好的结合能力,并促进新骨形成。然而,其缓慢的降解速率决定了其只适用于某些需要长期机械支撑的临床应用。第三部分镁黄长石生物活性陶瓷体内亚慢毒性研究【目的】针对硅基生物活性骨水泥材料,系统研究了镁黄长石降解过程中离子产物可能存在的亚慢毒性,为镁黄长石乃至其他硅基生物陶瓷的临床转化提供生物安全性方面的重要证据。【方法】按0.2 g/mL比例制备样品浸提液,实验组动物通过静脉注射途径注射样品浸提液,每天1次,每次20 mL/kg,对照组动物则按相同方式注射0.9%NaCl溶液,并观察动物状态,给药结束后进行血液细胞学、血液生化指标检测,动物处死后,对脑、肺、心、肝、脾、胃、肾、性腺各脏器的湿重并记录各脏器的病理改变,HE染色,光镜观察大鼠各器官的组织病理学变化,对肝、肾、心器官切片,通过扫描电电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）观察组织情况,X-射线能量色散谱方法（Energy Dispersive X-ray spectroscopy,EDS）分析组织中的元素含量。【结果】镁黄长石浸提液中,钙、镁、硅元素的离子浓度均显著高于生理盐水对应元素的离子浓度,给药期间,所有大鼠存活良好,体重增加正常,未见中毒现象,给药结束后,实验组与对照组大鼠血红蛋白浓度、红细胞数、血小板数、白细胞数、白细胞分类、红细胞压积方面均未见明显下降,与对照组相比差异均无统计学意义,各项血清学指标与对照组相比差异均无统计学意义,大鼠脑、肺、心、肝、脾、胃、肾、生殖器官,肉眼观察实验组和对照组均未发现充血、出血、水肿、坏死等改变,且实验组与对照组脏/体比差异无统计学意义;HE染色结果表明实验组与对照组器官均未出现损伤病变等异常现象,EDS结果表明各元素未在肝、肾、心器官富集,且元素分布无明显差异。【结论】镁黄长石生物陶瓷对机体血液中的细胞和机体内的各个脏器的形态、功能无不良影响,材料降解过程中所释放的离子产物在体内能够高效、安全的利用与代谢,镁长黄石生物活性陶瓷对机体没有亚慢毒性,是一种具有较高生物安全性的生物活性陶瓷。