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本论文针对目前用于大块骨缺损修复的骨组织工程材料功能相对单一的问题，充分考虑骨修复中多体系参与的特点，兼顾这一过程中新骨形成、血管重建、应对机体炎症免疫反应等多功能性的需求，通过多模式手段对介孔氧化硅纳米材料进行功能化，构建基于营养元素、多孔结构以及药物传输的多功能性介孔生物活性材料，并通过对制备过程的探索，合成一系列形貌规整、尺寸均一、元素均匀分布的介孔纳米球材料;在生物学性能研究方面，从单一的骨细胞体系丰富为免疫体系和成骨成血管体系共同参与的多细胞体系，利用纳米球材料与细胞之间活跃的相互作用，研究材料对于成骨、成血管的作用及其内在机制，并在此基础之上，结合相应的体内动物模型探究其作用效果，为最终实现多功能性骨修复提供可能。主要研究内容和结果如下: 1.基于硅元素对于成骨的关键作用，通过化学模板法制备成分相对单一、尺寸均匀，且具有大比表面积的介孔氧化硅纳米球材料(MSNs)，将其用于成血管类药物DMOG的传输。通过体外细胞实验发现，装载药物后的D-MSNs颗粒能够同时释放药物和Si离子，一方面作用于骨髓间充质干细胞的成骨分化，显著提高其OPN，OCN，RUNX2等的基因和蛋白的表达水平。另一方面，释放的药物DMOG能够有效促进该细胞成血管相关因子HIF-1α和VEGF的基因和蛋白的表达，区别于以往研究中只注重材料本身或者只注重所载药物的传统策略，该体系同时兼顾药物作用与载体本身性质，通过功能性离子与药物协同传输作用于骨髓间充质干细胞成骨和成血管分化，起到了显著的促进作用，为多功能骨组织工程材料的构建提供新的方法。 2.以上一章中证实的单一硅元素对于成骨的重要作用为基础，利用无机营养元素取代药物，通过改进合成方法，制备出了体系中原位引入营养元素铜的Cu-MSNs介孔纳米球。材料中含铜量的增加在一定程度上增大了纳米球粒径、减小了其表面积和孔容，但保持了良好的介孔结构，并且能够有效的释放出Si和Cu离子。在进行体外生物学探究时，在原来单一的骨髓间充质干细胞基础之上，引入代表免疫作用的巨噬细胞，以求更贴近实际修复过程中免疫体系与成骨体系共同参与的微环境。实验发现，Cu-MSNs能够刺激巨噬细胞分泌一系列炎症因子(TNF-α，IL-6，IL-1β，IFN-γ)。将该刺激作用后的产物用于进一步培养骨髓间充质干细胞，发现其能够显著促进干细胞一系列成骨相关基因和蛋白的表达，明显提高其矿化水平，并且抑制破骨分化倾向。Cu-MSNs能够做为一种免疫调节剂刺激细胞成骨，有望用于骨修复和治疗等领域。 3.进一步地，将具有促进成骨分化、成血管分化潜在作用的荧光元素铕引入到介孔氧化硅纳米球体系中，通过改进制备过程，合成了大小均一形貌规整的Eu-MSNs纳米颗粒。实验发现，少量铕元素的加入未对MSNs颗粒材料的形貌和介孔结构产生显著影响。并且Eu-MSNs能够保持Eu本身良好的荧光性能。与相同条件下制备的MSNs相比，Eu-MSNs能够激活巨噬细胞炎症反应，显著上调炎症因子IL-18，IL-6，IL-1β的表达水平。该体系后续作用于骨髓间充质干细胞和血管内皮细胞，发现其一方面能够促进骨髓间充质干细胞分泌成骨相关因子ALP,COL-I，OCN，OPN，RUNX2，并提高其矿化水平;另一方面，也能激活血管内皮细胞中的VEGF相关通路，并提高该细胞中一系列成血管过程相关受体因子(VEGFR1，VEGFR2,PDGFRα，PDGFRβ)的表达水平，显著促进其分泌与成血管相关的因子(CD31，MMP9)，显示了其在体外细胞水平良好的促进成骨和成血管的作用。进一步的体内实验结果显示，Eu-MSNs能够显著促进伤口处血管组织再生，并加速伤口处的胶原层沉积和伤口愈合速度;其也能够在一定程度上促进大鼠颅骨缺损的修复，显示了其良好的体内促成骨性能。Eu-MSNs有望作为一种能同时促进成骨和成血管，并且具备荧光指示作用的免疫调节剂，应用于组织修复领域。 以上研究结果表明，通过对纳米颗粒制备技术的探索研究，结合药物传输、引入营养元素、并且利用介孔结构的独特性能，能够有效的构建具有规则微观形貌特征和生物学多功能性的纳米球活性材料，在单一成骨成血管和免疫调节成骨成血管方面起到良好的促进作用，有望作为骨组织工程材料应用于骨修复与再生。