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近来年由于疾病、创伤、交通事故和人口老龄化造成的骨组织缺损严重危害着人类的健康。较小的骨缺损能够自我修复，但当缺损到达一定程度后，机体的修复能力不足以使其愈合，这个临界值称为极限骨缺损，这时需要植入生物材料促进骨组织修复，因此骨修复材料的社会需求越来越大。本论文以硅钙基介孔生物活性材料为出发点，采用简单的工艺构建了具有高生物活性、适宜的降解性、优异的表界面性质以及药物蛋白缓释特性的骨组织工程支架系统，通过细胞和动物极限骨缺损模型实验对支架系统体内、外成骨性能进行了一系列研究，主要包括以下四部分工作: (1)利用简单的粉体压制工艺、以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇(PEG)分别作为粘结剂和造孔剂，成功制备了介孔生物玻璃(mesoporous bioactive glass，MBG)支架。MBG支架不仅具有100-300μm相互连通的大孔结构，抗压强度达到0.3MPa，克服了现有MBG支架强度较低(＜0.06MPa)的缺点，还保留了MBG高度有序的介孔结构和高的生物活性。利用后嫁接法成功将氨基(-NH2)或羧基(-COOH)引入MBG支架，分别得到-NH2或-COOH功能化的MBG支架材料。研究结果表明嫁接官能团对MBG支架相互连通的大孔结构、抗压强度以及生物活性没有明显影响。体外实验结果表明-NH2的引入有效地提高了MBG支架促进骨髓基质干细胞(BMSCs)成骨分化的能力，而兔子股骨极限缺损(5mm)修复实验进一步证实了-NH2的功能化很大程度地提升了MBG支架体内成骨能力。通过分析得出-NH2的引入调节了MBG支架表面的电荷和亲疏水平衡等特性从而促进MBG支架的成骨性能，更为重要的是官能团的嫁接适当降低了MBG的降解速率，克服了MBG降解过快的缺点，使MBG支架的降解速度与成骨速率更好地匹配。 (2)系统研究了-NH2功能化的MBG支架对骨质疏松模型骨缺损的修复能力。首先从细胞信号通路的角度对-NH2功能化的MBG支架促进细胞成骨分化的机理进行阐释，发现-NH2功能化的MBG支架能够更好地活化钙敏受体(calcium-sensing receptor，CaSR)，从而通过一系列信号传递刺激细胞分泌相关因子来促进成骨分化。选取治疗骨质疏松药物阿仑膦酸钠(alendronate，AL)作为模型药物，通过体外负载和释放实验发现-NH2功能化的MBG支架药物负载量大且具有更明显的体外缓释效果，这是由于支架表面-NH2与AL分子之间能够形成较强的化学作用力，同时细胞实验结果表明在较低的浓度范围内AL能够促进细胞的增殖和成骨分化。骨质疏松大鼠颅骨极限缺损(5mm)修复实验表明-NH2功能化的MBG支架具有优异的体内成骨性能，而负载AL能够进一步促进支架的骨组织修复效果，这是整个支架缓释系统共同作用的结果。基于材料在骨修复方面的优异表现，将其应用延伸至牙科手术中。将骨髓基质干细胞(BMSCs)和重组人血小板源生长因子(rhPDGF-BB)负载在-NH2功能化的MBG支架制备复合支架，研究复合支架对骨质疏松兔子上颌窦提升的效果。实验结果表明同时负载BMSCs和rhPDGF-BB能够有效地促进上颌窦的提升。 (3)基于装载大分子生物药物对骨修复生物活性材料孔径的需求，创新地利用一步法成功合成了大孔径介孔二氧化硅(large-pore mesoprous silica，LPMS)。LPMS不仅具有大的介孔尺寸(22.8nm)以及高的孔容（2.35cm3/g），更为重要的是有机模板在合成过程中已经被完全去除，克服了现有介孔二氧化硅材料需要后处理去除有机模板的缺点，简化合成工艺的同时也保留了大量的硅羟基(Si-OH)。研究发现高温改变有机模板胶束的亲疏水性是合成LPMS的关键，同时体系中低的酸浓度使硅酸物种在高温下的水解速度与有机/无机共组装过程相匹配也是LPMS合成的决定性因素。选择牛血清蛋白(Bovine serum albumin，BSA)作为模型对LPMS的蛋白吸附能力进行研究，结果表明LPMS对蛋白的吸附能力高达550mg/g。 (4)为了赋予LPMS更好的生物活性，以LPMS为模板和硅源、Ca(NO3)2为钙源，通过固相反应成功合成出了硅钙基大孔径介孔生物活性材料(LPMSC)。LPMSC不仅拥有大的介孔尺寸(＞15nm)，而且具有很强的体外生物活性，克服了现有硅钙基介孔生物活性材料介孔尺寸小(＜7nm)不能负载蛋白的缺点，蛋白负载能力达到100mg/g左右，很好地满足了骨修复蛋白体内用量的要求。体外实验研究发现，LPMSC能够促进脂肪基质干细胞的增殖和成骨分化，并且可以抑制成脂分化，说明其具有优异的体外成骨性能。利用粉体压制工艺成功制备了LPMSC支架，由于颗粒较为规则且尺寸较小，LPMSC支架的抗压强度(0.6MPa)高于MBG支架(0.3MPa)，且在大鼠颅骨极限缺损修复实验中展现出良好的促进新骨形成的特性。