近些年来,溶胶-凝胶生物活性玻璃因其具有优良的生物相容性及生物活性引起生物材料及医学界的广泛关注。研究表明,最具代表性的溶胶-凝胶生物活性玻璃:58S在骨、齿及皮肤创面治疗中表现出优异的组织再生修复性能,是一类具有很好应用潜力和研究价值的新型硅基非晶态生物材料。由于材料的生物活性在很大程度上依赖于其组成物质在生理环境中以离子或离子基团形式的释放过程,而这些又与材料的无规则网络结构形式直接相关。所以直接预测玻璃的生物活性反应的先决条件是在原子水平上正确理解构成玻璃的组分结构。过去二十多年里,研究者们已使用多种生物学方法研究了58S与生物细胞及组织的作用机理,但是在材料结构方面,由于当时对于非晶体材料检测技术的局限性,无法进行原子层面的结构分析,从而使研究者难以从材料的本质结构上对其所显示的良好生物活性以及各种组织学、细胞生物学方面的特殊现象加以合理解释。本研究采用的分子动力学（Molecular Dynamics,MD）模拟技术,可以从原子层面对58S结构进行研究,来深入了解其结构及性能的联系,从而为其在基因激活及促进组织再生修复功能等方向的深入研究提供理论支撑,为研究和开发新型硅基组织再生修复材料提供参考依据。本研究通过材料制备及结构分析研究技术,并结合MD模拟技术对58S材料的结构与性能进行了理论分析。首先制备58S并进行生物活性验证,再通过魔角旋转核磁、拉曼、X射线表面光电子能谱等技术进行微观及表面结构的测试解析,得到了58S新的结构特征。然后基于MD原理通过Lammps实现58S的结构模拟,并通过Python编程结合实验测试分析得到了一些结构与性能联系的新见解,深入剖析了其微观结构及表面结构与生物活性之间的联系。最后进行58S扩散性质的研究,并深入研究了网络修饰体与生物活性之间的关系。主要的研究工作和结果如下:（1）实验测试表明了制备的58S具有优异的生物活性,并对其网络和表面结构进行了深入分析。通过拉曼光谱发现其结构中的-Si-O-Si-O-最小环状连接以四元环和五元环为主,并结合核磁谱反褶积确定了其网络结构中Si以Q~3Si连接为主,占比54.87%,P以QP~1为主,占比84.60%。并且通过X射线表面光电子能谱等测试表明,未浸入模拟体液的58S表面已经产生部分硅羟基与碳酸羟基磷灰石（Hydroxy carbonate apatite,HCA）晶体。（2）采用Teter和ZBL势函数结合成功实现MD模拟58S,并确定了最佳模拟温度为3000 K,降温速率为1 k/ps,时间步为1 fs。模拟结构同实验趋势一致,以Q~3Si的碎片化网络结构为主,P主要以QP~1结构为主,且存在Si-O-P连接,溶液中易水解,可促进生物活性。并通过微观结构剖析发现,Ca2+未形成稳定配位,有利于其从网络中释放出来;P-O键已趋于最低能量状态,且PO43-周围Ca2+明显多于硅氧四面体,这在矿化时减少了离子迁移能,为快速形成HCA提供了有利条件,增加了生物活性。（3）经过表面结构及扩散性质分析,58S块体在接近表面位置的非桥氧数明显多于桥氧,有利于表面大量形成硅羟基。另外,通过均方位移计算的自扩散系数,进一步得到Ca2+的扩散活化能为0.664 e V,容易从网络中扩散出来,并且和PO43-相近的Ca2+容易结合空气中CO2和H2O生成HCA,以产生很强的生物活性。综上所述,本文基于研究结果提出一个生物活性反应假设,58S在空气中四元环即开始断裂,破坏部分环状结构,接触溶液后,处于内嵌环中的三、四元环水解断裂逐渐破坏更大环状结构,使其成为链状;非桥氧快速形成硅羟基,未水解的硅氧链相当于骨架,作为凝胶层的支撑,使其更稳定均匀,而产生持续的较强吸附力;结构中不稳定的Si-O-P优先水解,断键产生游离PO43-同时,非桥氧也形成硅羟基;然后,结构从表面向内部逐渐水解,形成较厚且均匀的硅凝胶层;靠近58S块体内部的凝胶层以吸引材料内部的Ca2+和PO43-为主,与溶液接触的凝胶层吸引溶液中的Ca2+和PO43-;这样可形成较厚且稳定的HCA层,增加骨结合能力。本论文阐述了通过分子动力学模拟结合实验测试深入研究58S结构的思路及方法,并详细论述了58S结构与生物活性之间的联系,对解释及指导设计新型生物活性玻璃提供了基础理论支持和新方法。