聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥因具有良好的力学性能、适宜的凝固时间和低毒性等优点而在骨科手术中作为可注射型人工骨修复材料受到广泛的应用。然而，其生物惰性可能导致假体长期植入后产生无菌性松动。本研究采用模板法制备了介孔硼硅酸盐生物玻璃微球(MBGS), 并用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)对其进行改性, 制备了MBGSSI。再将硅烷化介孔硼硅酸盐生物玻璃微球(MBGSSI)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)骨水泥复合, 制备了一种具有良好生物活性和力学性能的复合骨水泥。实验结果表明, 由于γ-MPS与MBGS的结合主要发生在介孔微球的近表面, MBGSSI比MBGS具有更大的比表面积和更小的孔容积。与MBGS/PMMA复合骨水泥相比, γ-MPS可以改善复合材料中无机相和有机相之间的结合, 因此MBGSSI/PMMA复合骨水泥的力学性能得到了改善, 符合ISO 5833:2002对丙烯酸类骨水泥的力学性能要求。此外, 在SBF溶液中浸泡42 d后, MBGS/PMMA和MBGSSI/PMMA复合骨水泥的表面均生成了羟基磷灰石(HA), 证明复合骨水泥具有良好的生物活性。因此, MBGSSI/PMMA复合骨水泥是一种潜在的骨修复材料。

硼硅酸盐生物玻璃以其稳定的结构和优异的生物活性而受到广泛关注, 但生物玻璃在矿化过程中活性呈现初期快而中后期慢的趋势, 造成后期的活性降低。光热可加速生物玻璃降解, 本研究制备了以氮化钛为核、生物玻璃(40SiO₂-20B₂O₃-36CaO-4P₂O₅)为壳的复合生物玻璃, 利用光热场干预生物玻璃的矿化过程。结果表明, 生物玻璃具有显著的光热效应, 光热能力随氮化钛掺杂量和激光功率密度的增加而提高；在体外浸泡中, 近红外光辐照促进了生物玻璃的降解, 浸泡7 d后模拟体液中钙、硼的含量分别增加12%~16%和8%~11%, 加速了羟基磷灰石的生成；细胞增殖活性实验表明样品有良好的生物安全性。因此, 光热场可促进生物玻璃降解和矿化, 对周围细胞影响小, 有望在保障初期生物安全的同时发挥调节作用。

骨肉瘤是一种常见的恶性骨肿瘤, 常通过手术切除进行治疗。但术后造成的骨缺损难以自愈, 残余肿瘤细胞还会增加复发可能性。本研究开发了一种用于修复骨缺损和协同治疗骨肉瘤的掺钕介孔硼硅酸盐生物活性玻璃陶瓷骨水泥。首先通过溶胶-凝胶法结合固态反应制备了可作为光热剂和药物载体的掺钕介孔硼硅酸盐生物活性玻璃陶瓷微球(MBGC-xNd), 然后将微球与海藻酸钠(SA)溶液混合制备了可同时进行光热治疗和化学治疗的可注射骨水泥(MBGC-xNd/SA)。结果表明掺Nd³⁺赋予微球可控的光热性能, 负载阿霉素(DOX)的微球显示出持续的药物释放行为。此外, 载药骨水泥的药物释放量随着温度的升高而显著增加, 说明光热疗法产生的热量可促进DOX释放。体外细胞实验结果表明, MBGC-xNd/SA具有良好的促成骨活性, 并且光热-化学联合疗法对MG-63骨肉瘤细胞起到了更显著的杀伤作用, 表现出协同效应。因此，MBGC-xNd/SA作为一种新颖的多功能骨修复材料, 在骨肉瘤的术后治疗方面具有良好的应用前景。

生物活性陶瓷骨修复材料虽然具有优异的成骨性能, 但缺乏抗氧化应激的能力, 妨碍骨修复进程。本研究以β相磷酸三钙(β-TCP)粉体为原料, 采用LiCl-KCl熔盐体系, 以六水合氯化钴(CoCl₂·6H₂O)为钴源, 利用熔盐法制备出含钴氯磷灰石(Co-MS-TCP)。通过Co-MS-TCP粉体清除过氧化氢(H₂O₂)分析了含钴氯磷灰石的抗氧化能力; 通过细胞活性、胞内活性氧(ROS)含量变化评价了材料的细胞相容性和细胞水平抗氧化性能。结果表明, 熔盐处理β-TCP粉体能够制备含钴氯磷灰石, 钴含量随CoCl₂·6H₂O加入量增加而增大; H₂O₂清除能力随氯磷灰石中钴含量的增加而增强, 6 h内对H₂O₂的清除率可达90%以上。细胞实验证实, 含钴氯磷灰石具有良好的细胞相容性和抗氧化性能, 1.5 mg·mL^-1加3% Co盐的MS-TCP (3%Co-MS-TCP)即可保证软骨细胞和骨髓间充质干细胞存活率大于85%, 并且3% Co-MS-TCP可有效清除H₂O₂, 使得细胞内ROS含量显著降低。因此, 通过熔盐法制备含钴生物活性陶瓷是实现抗氧化应激的一种有效途径, 这也为开发催化活性高、生物相容好的功能化生物活性陶瓷提供了新的策略。

压电材料产生的电信号能够促进成骨细胞增殖分化, 但不具有良好的诱导矿化能力; 生物活性材料在生理环境下能够诱导类骨羟基磷灰石的沉积, 但又不能产生电信号促进成骨。因此, 开发出一种既能产生电信号, 又能诱导矿化沉积的复合生物活性压电材料, 具有重要意义。本研究以钛酸钡为压电组分, 以硅酸钙为生物活性组分, 采用固相烧结法制备了钛酸钡/硅酸钙复合生物活性压电陶瓷, 测试了压电性能, 并用体外矿化实验评价了诱导矿化能力。硅酸钙复合含量达到30%时, 复合陶瓷仍具有一定的压电性能(d₃₃=4 pC·N^-1), 并且能够在模拟体液中诱导磷酸钙沉积。钛酸钡与硅酸钙的复合能够同时具有压电性和生物活性, 为骨修复材料提供了新的选择。

介孔二氧化硅微粒具有化学稳定性好、比表面积大和表面易修饰等特点, 作为药物载体具有良好的应用前景, 但其缺乏生物活性且生物降解缓慢等在一定程度上限制了它的应用领域。为克服这些缺陷, 寻找合适的药物载体已成为重要研究方向。与纯二氧化硅相比, 硼硅酸盐玻璃具有良好的生物活性和更高的降解速率。基于此, 本研究尝试合成介孔硼硅酸盐玻璃微球(MBGMs), 并表征了其在负载和释放抗肿瘤药物盐酸阿霉素(DOX)过程中的载体特性和材料降解引发的各种功能性离子的释放行为。结果表明BMGMs具有约25 mg/g的DOX负载量,引入硼不仅可以调控MBGMs的化学活性和降解速率, 而且较高硼含量的MBGMs可促进酸性条件下的药物释放, 具有一定的酸性响应性。此外, MBGMs可在模拟体液中释放SiO₄^4-、BO₃^3-和Ca²⁺等有益骨组织生长的功能性离子, 并诱导生成羟基磷灰石, 具备良好的离子缓释能力和体外矿化活性。因此, MBGMs作为一种新颖的药物载体材料, 既可作为药物和功能离子的双重负载, 又具有良好的生物活性和降解特性, 在病理性骨缺损修复领域具有良好的应用前景。

封闭牙本质小管能有效减轻牙齿过敏症。本研究以不同粒径的微纳米生物活性玻璃球(MNBGs)为分散质、海藻酸钠-磷酸盐缓冲溶液为分散液, 制备了用于牙本质脱敏治疗的MNBGs糊剂(MNBGP)。在牙本质切片表面进行体外矿化并系统评价了糊剂与牙本质的结合性能, 以及糊剂体外诱导牙本质再矿化、封闭牙本质小管的能力。研究结果表明, 不同粒径MNBGs制备的糊剂均能与牙本质界面紧密结合, 粒径较小的MNBGs在脱矿牙本质切片表面分布更加均匀。MNBGP在人工唾液(AS)中能较好地诱导牙本质再矿化形成磷灰石(HA)以堵塞封闭牙本质小管, 脱矿牙本质切片表面形成的HA 层随矿化时间延长而增厚, 矿化28 d HA层的厚度可达到5~10 μm。MNBGs的尺寸影响其诱导牙本质再矿化的效果, 当颗粒大小与牙本质小管直径匹配时, MNBGs可以更好地封闭牙本质小管。因此, MNBGP具有良好的治疗牙本质过敏的应用前景。