轻基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)有着与人体硬组织相似的晶体结构和化学成分,在牙齿和骨骼中具有广泛分布,展现出了良好的生物活性和生物相容性。HA常见的形态有颗粒状/针状和棒状的,但将其制成纳米线或纤维的结构,通过一维纳米线的堆积形成三维结构,可以模拟天然细胞外基质的纳米纤维网络环境,有利于细胞生长和组织再生。同时,基于多尺度/多维度增强增韧的思路,一维结构的HA还可以作为无机材料填充到牙科修复用复合树脂中,有利于改善复合树脂的力学性能。然而,无论是填充到骨缺损处,还是添加在复合树脂中,常规的表征手段如扫描电镜观察和元素分布测试等,都无法直观地反映一维HA在基体中的分散、存在状态和随时间的变化。利用荧光标记,结合激光共聚焦显微镜和小动物成像等设备,是实现材料示踪观察的可行途径。稀土元素如铕、钆等掺杂的HA具有光致荧光的特性,且具有量子效率高、斯托克斯位移大、荧光寿命长和稳定发光等优点,可被用于上述用途的示踪研究。本论文通过水热法合成一维HA纳米线(HANW),并在合成过程中掺入不同的稀土离子铕离子(Eu3+)和钆离子(Gd3+),获得了单掺杂HANW:Eu和双掺杂HANW:Eu/Gd,使得HANW能够自发荧光。首先,将HANW:Eu填入到复合树脂中,利用HANW:Eu的自发荧光性质比较了不同混合方式(捏合、碾磨和机械搅拌)对HANW分散的影响。其次,将HANW:Eu/Gd作为骨粉填充到大鼠颅骨缺损,利用材料的自发荧光对其进行体内示踪研究。主要工作如下:1、以油酸钙为原料,利用水热法合成HANW:Eu和HANW:Eu/Gd,并通过荧光强度和量子效率的测试,对最佳掺杂比例进行了探索。发现:HANW:5%Eu具有最高荧光强度,但将其埋入裸鼠皮下,采用小动物活体成像系统观察时,发现HANW:5%Eu发出的荧光强度不足以穿透皮肤;控制稀土元素总含量为5%,Eu和Gd双掺杂的HANW:Eu/Gd,在Eu3+和Gd3+比例为4:1时,HANW:4Eu/1Gd具有最高荧光强度,采用高温烧结彻底去除产物中的油酸后,将其埋入裸鼠皮下,利用小动物活体成像系统能够检测到明显的荧光。2、将HANW:5%Eu作为填料与光固化树脂复合,以不同混合方式分散,利用扫描电子显微镜对断面进行观察,利用激光共聚焦显微镜三维立体成像功能,同时结合弯曲强度测试,确定捏合可以获得较好的HANW分散状态。但发现,将钡玻璃粉(0.7 μm)与HANW:5%Eu共同与光固化树脂复合(总含量70%),即使采用捏合方法,具有较大长径比的HANW也未能与钡玻璃粉均匀混合,激光共聚焦显微镜下观察到明显的HANW团聚体,因此HANW对复合树脂的力学性能提高有限,在钡玻璃粉和HANW:5%Eu的比例为67%:3%时,所得的复合树脂具有最优的力学性能。3、开展了 CHANW:4Eu/1Gd作为骨缺损填充材料的研究。首先通过浸提液细胞培养和细胞接种培养,结合共培养7天后的扫描电镜观察,证实CHANW:4Eu/1Gd无明显的生物毒性,并通过分化实验检测细胞的碱性磷酸酶活性和Ⅰ型胶原合成,发现CHANW:4Eu/1Gd 比纯HANW更能促进大鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化。采用大鼠颅骨5 mm的缺损模型,以HANW和Bio-OSS(?)为对比样,通过Micro-CT和组织学染色分析,发现填充CHANW:4Eu/1Gd的实验组,其骨修复效果明显好于空白组和纯HANW组,接近于Bio-Oss(?)组。通过对颅骨进行小动物成像和激光共聚焦显微镜,明显观测到了所填充的CHANW:4Eu/1Gd,说明HA类材料降解缓慢,存留在新生组织中,证实了占位性修复的说法。以上研究表明,通过向HANW中掺杂稀土元素,赋予HANW光致荧光特性,为HANW作为复合树脂填料,或者作为骨缺损填充修复材料,都可以利用HANW的荧光特性实现示踪,为其后续生物学应用提供了一种原位表征手段。此外,发现Eu3+和Gd3+的掺杂还一定程度提高了 HANW的促成骨活性,有望作为引导骨再生修复材料在骨组织工程领域得到应用。