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骨质疏松症属于骨科领域的常见病症,主要特征为骨质流失速度加快,骨骼强度下降,导致骨折概率增加,容易造成骨缺损。骨移植是修复骨缺损的有效手段。β-磷酸三钙（β-TCP）是人工骨移植材料的代表之一,其化学组成与哺乳动物骨骼类似,拥有突出的骨传导性和生物可吸收性,因而在骨重建领域应用广泛。但针对骨质疏松性骨缺损修复,β-TCP缺乏骨诱导性和抑制破骨吸收的生物行为。离子掺杂是改善β-TCP生物学性能的有效方式。镓离子能有效抑制破骨细胞的吸收活动,抵御骨质的快速流失。硅离子能促进骨代谢,加速骨矿化进程。因此,本论文制备了镓掺杂β-TCP生物陶瓷和镓/硅共掺杂β-TCP生物陶瓷;更进一步地,通过硅酸钙（CS）材料复合改性掺有2.5mol%镓的β-TCP（2.5Ga-TCP）。研究不同镓掺杂量、镓/硅掺杂比例以及CS复合量对生物陶瓷的物相、结构、开孔率、力学强度和细胞生物学性能的影响。以氧化镓（Ga2O3）为镓源,在1000°C下合成了镓离子掺杂β-TCP粉体（Ga-TCP）,并在1250°C高温下烧制了Ga-TCP生物陶瓷,研究了不同镓掺杂量（0.625、1.25、2.5、5和7.5mol%）下Ga-TCP生物陶瓷的性能。结果发现,当Ga-TCP中镓掺杂量增加时,Ga-TCP中β-TCP相的衍射峰往高角度偏移。其原因在于Ga3+取代了β-TCP的晶格中的Ca2+,而Ca2+和Ga3+之间的半径和电价差异导致β-TCP发生了晶格收缩。同时,镓离子掺杂能够抑制β-TCP在高温下的相转变。在空气急冷的条件下,0Ga-TCP、0.625Ga-TCP和1.25Ga-TCP中α-TCP的质量分数分别为84.5%、85.1%和49.2%;而当镓掺杂量为2.5mol%或以上时,Ga-TCP中不存在α-TCP相。1.25Ga-TCP中镓掺杂的α-TCP相会释放出大量的镓离子（12.75 ppm）,从而导致明显的细胞毒性。在所有实验组中,2.5Ga-TCP具有最高的抗压强度（178.7 MPa）。具有唯一β-TCP相的2.5Ga-TCP显示出良好的细胞相容性,并对体外破骨细胞生成、破骨活性相关基因表达（TRAP、Cath、c-Fos、Car2、MMP9）及成骨分化相关基因表达（Col I、ALP、Runx2、BSP、OPN、OCN）有明显的抑制效果。基于突出的抗压强度和对破骨细胞活性的抑制效果,2.5Ga-TCP生物陶瓷被认为是修复骨质疏松性骨缺损的潜在骨移植材料,但2.5Ga-TCP的成骨性能有待于进一步改善。基于2.5Ga-TCP的掺镓量（2.5mol%）,以气相纳米二氧化硅（Si O2）为硅源,在1250°C下合成了镓/硅共掺杂β-TCP粉体（Si/2.5Ga-TCP）,并制备了Si/2.5Ga-TCP生物陶瓷。结果发现,相比于2.5Ga-TCP陶瓷,Si/2.5Ga-TCP陶瓷中出现了新的物相:α-TCP相、硅磷酸钙相（CPS）和硅酸二钙相（Ca2Si O4）。硅掺杂促进β-TCP转变为α-TCP。部分Si O2未参与反应,导致Ca/P大于1.5,从而生成了HA相;Si O2再与HA发生反应,Si4+取代HA中P5+,并失去OH-补偿电荷平衡,从而生成CPS相。Ca2Si O4相的生成是CPS相在高温烧结时分解所致。相比于2.5Ga-TCP陶瓷的开孔率（6.13%）和抗压强度（182.2MPa）,5Si/2.5Ga-TCP（掺5mol%Si）和10Si/2.5Ga-TCP（掺10mol%Si）的开孔率分别上升至9.96%和11.94%,但抗压强度没有明显下降。10Si/2.5Ga-TCP拥有较好的力学强度（168.1 MPa）,同时促进体外成骨分化基因表达（Runx2、Col I和BSP）,抑制破骨活性相关基因的表达（MMP9、Cath、TRAP）,因此适用于治疗骨质疏松性骨缺损。采用CS和镓离子掺杂联合改性β-TCP,制备了CS/2.5Ga-TCP复合生物陶瓷,研究了不同CS复合量（2.5、5、7.5和10mol%）对CS/2.5Ga-TCP理化性质和生物学性能的影响。结果表明,在CS/2.5Ga-TCP生物陶瓷的烧结过程中,CS中的硅取代β-TCP晶格中的磷,促进了β-TCP向α-TCP相转化。同时,由于CS中存在钠（Na）杂质,导致CS/2.5Ga-TCP在烧结过程中形成Na2O-Si O2-Ca O-P2O5低共熔物,促进了复合陶瓷的致密化。具体来说,相比于2.5Ga-TCP的开孔率（6.13%）,复合CS后的2.5CS/2.5Ga-TCP的开孔率显著下降（0.46%）,而5CS/2.5Ga-TCP、7.5CS/2.5Ga-TCP和10CS/Ga-TCP的开孔率降低至0.08%以下。但是,Na2O-Si O2-Ca O-P2O5玻璃相存在于晶界处,这使得CS/2.5Ga-TCP复合陶瓷的抗压强度明显下降（<170.0 MPa）。尽管10CS/2.5Ga-TCP并未表现出最佳的促m BMSCs增殖效果,但拥有最优的促成骨性能（OPN和BSP的表达水平最高）,并对破骨细胞活性相关基因表达（MMP9、TRAP）有明显的抑制作用,因此适合用作骨质疏松性骨缺损修复材料。10CS/2.5Ga-TCP组中镓（0.44 ppm）和硅离子（0.48 ppm）的释放量少于10Si/2.5Ga-TCP组（镓离子为3.3 ppm,硅离子为1.32 ppm）,因此二者的细胞响应行为也有一定差异。尽管如此,10Si/2.5Ga-TCP和10CS/2.5Ga-TCP均具有较高的力学强度（分别为168.1和137.9 MPa）和良好的生物相容性,可显著促进体外成骨分化和抑制破骨细胞活性,因此适合作为修复骨质疏松性骨缺损的生物材料。