近30年来,骨创伤修复应用材料研究和应用得到了巨大的发展。世界各国生物材料学者相继研发出一系列具有生物活性和可降解的无机非金属类材料。其中,最具代表性的是钙磷酸盐生物活性陶瓷类多孔材料,研究表明其具有优良和生物相容性和可降解性,并能够原位传导骨再生。但这类多孔生物陶瓷在经历高温烧结后,高度结晶性使得降解较为缓慢,对骨创伤组织再生刺激活性显著低于自体移植骨,因而在很多临床中无法达到理想的修复效率和效果。近10多年来,钙硅酸盐生物活性陶瓷材料被广泛研究并证实具有优良的生物活性。不同化学组成的钙硅酸盐类生物陶瓷具有速率不等的降解性能,为诸多临床骨缺损修复提供了新的可能材料。随着骨再生医学的发展,目前理想的骨修复需要人工植入材料具有高效骨诱导活性,并且与骨再生速率完全匹配的降解性,从而确保骨缺损在最理想的修复时间上得到完全修复。围绕这一目标,本研究拟从材料的化学组分优选、组分分布以及各组分精细微结构剪裁等多个方面进行研究,探索能够高效刺激骨组织内生长并与骨修复匹配降解的新型人工生物活性材料。结合已有研究进展,选择β-磷酸三钙(β-TCP)、异质离子掺杂硅灰石(CSi-X)、硅酸二钙(C2Si)、介孔生物玻璃(MBG)等为对象,开展具有核-壳结构的复合颗粒材料构建与生物学效应研究。我们重点讨论了核-壳结构生物陶瓷微球的两方面的生物学性能:ⅰ)增进骨再生效率和调控材料降解速率和ⅱ)刺激骨质疏松病理条件下骨缺损再生修复效应。在第一部分研究中,我们运用实验室建立的核-壳结构材料制备技术平台,成功制备了一系列不同复合方式的生物陶瓷微球复合材料,如核-壳结构双相生物陶瓷微球(如CSi-Sr4@TCP),壳层微孔道精细调控的核壳结构微球(如CSi-Sr4@TCP-p30,)以及常规单相陶瓷微球(如CSi-Sr4,TCP)和两相机械混合杂化微球(如CSi-Sr4/TCP)。经体外、体内实验测试评估结果表明,生物陶瓷的选择在微球支架的物理化学性质和促进骨再生及原位修复的成骨潜力中起重要作用。此外,与高度可生物降解的CSi相比,初步数据展示了粘附于TCP微球上的成骨干细胞。在微溶性磷酸钙壳层中选择性微结构构建产生的生物降解速率的变化特别有利于控制微球支架壳内层(Sr掺杂硅灰石)生物活性离子的释放和宏观/微孔网络的时空演化。基于这种特别的但可预期的组成分布和微观结构性质,可以认为与常规单相生物陶瓷微球和均匀的混合微球相比,通过调节微球壳层的双相生物陶瓷颗粒可增强骨刺激和骨传导。据我们所知,这是第一次设计梯度分布和微观结构-剪裁设计的生物陶瓷用于定制生物降解和离子释放(生物活性)以优化成骨的生物材料。此外,开发新的具有生物活性的支架系统可能有助于定制具有时间依赖性生物活性和微孔结构的材料,以增强骨缺损修复,特别是应用于非承重骨缺中。在第二部分研究中,我们探索解决病理条件下骨损伤再生修复的高生物活性微球颗粒材料,尤其是围绕骨质疏松症条件下的骨损伤问题,实现病理性骨损伤再生修复难题。我们通过自制核壳结构颗粒材料制备技术平台,制备出CaSi03@Ca2Si04和MBG@Ca2Si04核-壳双相微球材料,以及单一组分的核壳结构Ca2Si04@Ca2Si04微球材料。经体外试验评估显示,核壳结构的两相复合形式能够调控无机生物活性离子的控制释放速率和颗粒材料的降解速率;在骨质疏松性动物临界尺度骨缺损模型内,高活性的核-壳结构的CaSi03@Ca2Si04和MBG@Ca2Si04材料显示出更为优良的刺激骨再生活性,并且两相材料的降解速率更为高效,充分证实CaSi03@Ca2Si04和MBG@Ca2Si04生物陶瓷微球在植入骨质疏松症骨缺损时,与Ca2Si04@Ca2Si04颗粒相比,在离子释放控制性能,降解速率和增强成骨整合方面,具有明显的优势,从而克服了常规单相颗粒材料解决骨质疏松性骨缺损修复的局限性。