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天然骨是在细胞精细调控下通过生物矿化生成的磷灰石/胶原蛋白复合材料，具有独特的结构和常规材料不可比拟的性能。仿生合成骨替代材料，使之尽可能多的模仿天然骨的成分与结构，是有可能真正替代甚至超越自体骨的理想的骨修复和再生材料。迄今为止，材料学家已进行了大量的羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料的研究，获得了具有与天然骨的成分和结构初步类似的羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料，但是，化学合成的羟基磷灰石与天然骨中的磷灰石相比还具有较大的差异，主要体现在化学组分和矿物组成上。因此，如果能够模拟体内生物矿化的过程，仿生合成一种类骨磷灰石/胶原蛋白复合材料，那么这种与天然骨成分更加接近的复合材料有可能会具有更好的骨修复性能，这对于探索开发一种新型的骨修复和替代材料是极有意义的。
本文在现有羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料仿生合成的基础上，分别采用胶原蛋白磷酸化修饰、高倍模拟体液和复合硅灰石等方法，解决了胶原蛋白上缺乏类骨磷灰石成核位点的问题，成功地在模拟体液环境下对胶原蛋白进行了仿生矿化，并与共沉淀法制备的羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料进行了对比性研究。采用硅灰石/胶原蛋白复合多孔材料和微球材料为模板，成功制备了类骨磷灰石-硅灰石/胶原蛋白复合支架材料和微球材料，并对复合材料的性能进行了评价。具体研究内容和结果如下：
(1)对胶原蛋白磷酸化修饰、复合硅灰石和采用高倍模拟体液三种方法均可有效解决胶原蛋白上类骨磷灰石成核位点不足的问题，从而实现了胶原蛋白在模拟体液中的仿生矿化。
(2)通过在模拟体液中仿生矿化获得的三种类骨磷灰石/胶原蛋白复合材料中，矿物相除羟基磷灰石外，还包含碳酸羟基磷灰石、磷酸八钙和磷酸氢钙，矿物相的Ca/P比小于1.67；碳酸根在磷灰石相中的取代以B型取代为主；三种复合材料中的矿物相晶粒呈片状，厚约2～10nm，长度约50～100nm。无论是晶粒形貌、尺寸，还是矿物相组成和Ca/P比，SBF环境下在胶原蛋白上仿生矿化生成的类骨磷灰石都与天然骨中的磷灰石非常相似；而沉淀法制备的羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料中，磷酸钙矿物主要是低结晶度的羟基磷灰石，矿物晶粒主要呈短棒状，Ca/P为1.67，与天然骨存在较大差异，这些差异是由不同的磷灰石成核生长过程所决定的。从化学组成、矿物相成分和微观形貌上考虑，类骨磷灰石/胶原蛋白复合材料都比沉淀法制备的羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料更加“类骨”。
(3)磷灰石/胶原蛋白复合材料制备过程中，矿化环境的不同决定了不同的磷灰石成核生长过程，从而导致最终矿化产物在组成和形貌上的差异。以SBF为矿化环境时，在磷灰石成核生长过程中，OCP和DCPD等磷酸钙中间相的存在是矿化产物的矿物相晶粒呈纳米片状且含有OCP和DCPD的主要原因。
(4)采用冷冻干燥法制备的硅灰石/胶原蛋白三维多孔材料为模板，通过模拟体液浸泡的方法制备了类骨磷灰石，硅灰石/胶原蛋白复合支架材料。冷冻温度是影响硅灰石/胶原蛋白三维多孔材料形貌的重要因素，低温冷冻有利于形成孔道状结构，较高的冷冻温度易获得层状多孔材料。支架的交联对于在模拟体液浸泡过程中三维多孔结构的保持非常重要。模拟体液浸泡时间是影响类骨磷灰石，硅灰石/胶原蛋白复合支架材料微观形貌和成分的重要因素，随着模拟体液浸泡时间的延长，复合材料中硅灰石的含量逐渐降低。通过选用适当硅灰石含量的模板，控制模拟体液浸泡时间，可获得结构均匀、高孔隙率、孔连通性好、无机比例与天然骨相同的复合支架材料。成骨细胞培养的实验结果，表明，类骨磷灰石-硅灰石/胶原蛋白复合支架材料具有比羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料更好的细胞相容性，以及更好的促进成骨细胞分化的能力，从而有望促进新生骨组织的形成，加快骨缺损的修复。
(5)采用水油乳化法制备的硅灰石/明胶复合微球为模板，通过模拟体液浸泡的方法制备了类骨磷灰石-硅灰石/明胶复合微球。微球表面类骨磷灰石层的存在使得庆大霉素从类骨磷灰石-硅灰石/明胶复合微球中释放的速度明显低于从硅灰石/明胶复合微球中的释放速度，可能同时用作可注射性材料和药物的载体。
以上结果表明，通过在模拟体液中进行仿生矿化，可以获得与天然骨具有相似成分和微观结构的类骨磷灰石/胶原蛋白复合材料；与羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料相比，类骨磷灰石/胶原蛋白复合材料在化学组成、矿物相组成和微观结构上都更加“类骨”；含有适量硅灰石的类骨磷灰石-硅灰石/胶原蛋白复合材料具有比羟基磷灰石/胶原蛋白复合材料更好的细胞相容性和促进成骨细胞分化的能力，可能是一种更加理想的骨缺损修复材料。