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在过去数十年间，介孔氧化硅材料由于大比表面积及高孔容特性而在催化、能源、分离及生物医药等诸多领域展现出巨大的应用价值。作为其中一个新兴分支，近年间所发展的、具备多级孔结构的氧化硅材料凭借其优异的吸附特性及多尺度的担载空间而受到科研人员的广泛关注。本论文针对目前生物医药应用中对介孔氧化硅材料的具体要求，如孔道尺寸、可控颗粒形貌及多功能性等，聚焦多级孔氧化硅材料的可控制备及生物应用。通过设计简单有效的途径，成功制各出一系列具有多级孔结构的氧化硅材料，并实现对其孔径、形貌及表面功能化的精确调控。此外，通过进一步引入功能性纳米粒子或药物分子，得到一系列功能性的多级孔氧化硅材料。本论文的主要研究内容包括以下五个部分: (1)考虑到介孔材料SBA-15的扩孔过程需借助扩孔剂、且需煅烧或萃取操作脱除模板剂等，发晨了一种溶剂热后处理策略直接制备大孔径SBA-15型氧化硅材料。即由无机盐、水、乙二醇、正丁醇及聚乙二醇等组分构成混合溶剂，对预先合成的SBA-15前驱体进行溶剂热后处理。结果表明，所得材料的孔径可达10nm以上，并保持良好的孔道有序性。同时，介孔孔道中的模板剂P123在后处理过程中被同步脱除，简化了高温煅烧或溶剂萃取脱除模板剂的过程。 (2)基于生物应用对氧化硅材料规整形貌的需求，利用两亲嵌段共聚物（PS-b-PAA）/小分子阳离子表面活性剂(CTAB)双模板法成功构建了系列具有不同孔结构和形貌的多级孔氧化硅纳米材料。研究发现，PS-b-PAA、CTAB及有机硅源TEOS间的界面自组装行为可通过调变制各过程中的实验参数而调控，进而实现对多级孔氧化硅的介孔孔径及颗粒形貌的调控。其中，通过改变CTAB用量可得到一种新颖的嵌入型双介孔结构即小介孔位于大介孔骨架内;通过选取PAA链段较短的嵌段共聚物作为大孔模板剂可得到具有空心结构的介孔氧化硅颗粒;而通过使用具有更长碳链的STAB作为表面活性剂可得到具有梭形外观的多级孔氧化硅。此外，嵌段共聚物/硅源用量比例及体系碱度对核壳型双介孔结构的壳层厚度也有显著影响。为赋予嵌入型双介孔氧化硅作为多药物载体的功能，提出“空间选择性修饰策略”制备大介孔选择性氨基修饰、小介孔羟基修饰的多级孔氧化硅。该纳米载体可同时担载亲水性的盐酸阿霉素药物(最大担载量:217.1±16.7 mg/g)与疏水性的姜黄素药物（最大担载量:93.1±14.2 mg/g），并在细胞水平展现出良好的癌细胞联合杀伤效果。 (3)针对金纳米棒@介孔氧化硅体系通常具有较小介孔而不利于装载生物大分子的问题，在前述工作基础上，在合成过程中直接引入金纳米棒，得到多金纳米棒封装的多级孔氧化硅(MGNRs@HPSNs)。表征结果表明，MGNRs@HPSNs具有开放性的大介孔(13.2 nm)，而2.7nm的小介孔位于大介孔骨架内。同时，颗粒内部包裹的金纳米棒数量可调，且包裹数量显著影响其光热性能。经PEG功能化后，纳米颗粒具有良好的生物稳定性，且在近红外光照射下对癌细胞展现出优异的光热致死效果。在多药物担载中，经PEG修饰的纳米颗粒具备输运生物大分子牛血清蛋白（248.1±12.3 mg/g）及药物小分子盐酸阿霉素（69.2±7.2 mg/g）的功能，且在近红外光照射下，药物的释放速率显著提升。为拓宽多级孔氧化硅的功能性与应用范围，将金纳米棒替换为其他亲水或疏水特性的纳米粒子，分别制备了磁功能化的多级孔氧化硅(M-HPSNs)以及磁功能化且具有多空心结构的多级孔氧化硅(M-MPSNs)。其中，M-HPSNs因包裹Fe3O4团簇而具备光热效应，M-MPSNs则因具有高通透性的大介孔孔道以及内部Fe3O4间的协同作用，在体外磁共振成像中效果显著（r2值高达669.0 mM-1s-1）。此外，同时包裹Fe3O4与金纳米棒的多级孔氧化硅结构也可被成功制备。 (4)构建具有新颖多级孔结构的氧化硅材料可进一步拓宽其生物应用范围。基于该思路，本部分在前面的双模板自组装体系中引入疏水性聚合物，设计制备了具有三级孔结构的氧化硅材料。表征结果表明，该材料具有界限分明的三套孔结构，分别为开放性的大介孔(13.7 nm)、遍布硅骨架的小介孔(2.7 nm)以及由多个空腔构成的大孔内核。而且，随着PS的用量逐渐增加，其主要作用由扩孔转变为造大孔（即产生空心结构）。经水热处理后，氧化硅结构中的三级孔结构仍然保留，且其大介孔孔道更具通透性。相比于其他介孔结构，该三级孔结构不仅可输运小分子药物（对盐酸阿霉素的最大装载量为66.6±4.3 mg/g），而且在生物大分子担载方面更具优势（对牛血清蛋白的最大装载量为328.1±15.7 mg/g）。 (5)骨组织修复材料对多级孔结构提出了更高的要求，本部分针对骨修复应用构建了一种介孔/大孔/超大孔结构的多级孔支架材料。即将氧化硅基的介孔生物活性玻璃(MBG)通过离心浸渍策略嵌入磷酸钙骨水泥(CPC)网络中，相关结果显示，所得复合支架材料(MBG/CPC)同时包含有5.3 nm的介孔、2-10μm的大孔以及连通性良好的、200μm左右的超大孔。体内外实验结果表明，MBG/CPC多级孔支架材料不仅有利于生长因子rhBMP-2的持续释放行为，且装载rhBMP-2后所得复合支架可诱导骨组织快速修复，术后8周即可完成兔桡骨大段骨缺损部位的骨整合过程。