与硅基介孔生物玻璃相比,介孔二氧化硅具有可控的结构和尺寸,但是介孔二氧化硅的结构较为稳定、生物活性较差。基于功能元素的生物学效应,采用离子掺杂的方式,构建多功能生物活性材料。围绕口腔龋齿修复、皮肤组织损伤修复这两个方面的功能性需求,利用不同功能性离子掺杂和药物负载,设计不同功能需求的活性材料,研究元素与元素、元素与药物、元素与元素与药物不同组合产生的生物学功能,为口腔龋齿修复与皮肤组织再生提供新的潜在的多功能材料。本文的主要研究内容和研究结果分为几下三个部分:1.通过向介孔二氧化硅结构中引入钙元素,利用钙元素与硅元素的生物学效应,制备得到了具有诱导矿化活性的纳米介孔生物活性材料——钙掺杂介孔二氧化硅。利用其介孔孔道负载抗生素盐酸环丙沙星,构建具有诱导矿化活性和抗菌性的纳米材料,并作为牙科填充树脂的无机组分。区别于以往的齿科修复树脂的无机填料只起到力学增强的效果,生物活性的无机填料增强的齿科修复复合树脂不仅具有优异的力学性能,而且具有抗菌性。此外,对于磨损这种类似口腔咀嚼行为存在“智能响应”,磨损加速了诱导矿化过程,这样减少了龋齿修复过程中由于边缘微漏导致的细菌感染和龋齿修复失败的可能。2.通过向介孔二氧化硅结构中引入锌元素,不仅调控了纳米材料的微观结构,实现了从介孔结构到介孔中空结构的变化,而且由于盐酸环丙沙星药物的负载,进一步扩大了锌掺杂中空介孔二氧化硅的中空结构。以盐酸环丙沙星负载的锌掺杂中空介孔二氧化硅作为活性成分,选取具有生物相容性的高分子聚己内酯,采用静电纺丝的方式,构建纳米复合电纺丝创伤敷料。该活性创伤敷料通过释放活性硅离子促进内皮细胞、成纤维细胞的增殖和迁移、促进体内创面愈合;通过释放活性锌离子和抗菌药物,实现了低浓度下的协同抗菌效果;借助释放的锌离子实现了促进皮肤功能性附件毛囊的再生,而抗菌药物存在进一步增强了毛囊再生的效果,为感染型皮肤创面的修复提供了新的可能。3.除了单一抗菌作用的元素,进一步向介孔二氧化硅结构中引入与硅元素具有类似成血管功能且具有抗菌功能的铁元素,制备得到了铁掺杂介孔二氧化硅。利用介孔孔道和纳米载体中铁离子的络合作用,实现了既具有抗菌效果又具有血管再生和疤痕抑制的姜黄素的负载,得到了姜黄素负载的铁掺杂介孔二氧化硅。姜黄素的负载和络合提高了铁掺杂介孔二氧化硅的光热性能并具有光控药物释放的效果。借助静电纺丝的技术,选用具有生物相容性的高分子聚己内酯和明胶,制备得到生物活性的纳米复合电纺丝创伤敷料。利用纳米复合创伤修复材料的光热效应、释放的姜黄素和铁离子,有效抑制细菌的繁殖;利用释放的硅离子、铁离子和姜黄素,有效促进内皮细胞的增殖,促进了体内慢性创面的愈合和胶原再生和排列,从而减少了慢性创面愈合过程中的疤痕产生,有望作为新型的多功能纳米复合材料用于慢性创面的修复。基于以上实验研究和相应的实验结果,采用功能性元素掺杂、药物负载,不仅可以调控纳米材料的结构,而且赋予了纳米材料多功能性。这种方法具有一定的普适性,针对不同组织的修复,选用相应的生物功能的元素并辅助活性药物,可以构建具有潜在的组织修复功能的生物活性材料。