传统的骨移植方法包括自体移植或异体移植。自体移植是从患者自身部位获取骨组织来修复另一处的缺陷[1]。这种技术的主要优点是不存在排斥反应，因此具有较高的免疫接受度。然而，其缺点包括骨组织不足（尤其是在儿童中）、供体部位可能出现并发症、剧烈疼痛以及手术时间较长[2]。异体移植则使用来自其他个体的骨组织。这种方法也存在一些问题，如骨组织来源有限、疾病传播风险以及由于供体和受体之间的遗传差异可能导致的免疫排斥反应[2]。
据报告[1]，每年有2000万患者患有骨骼疾病。主要病症包括骨肉瘤、骨关节炎和骨质疏松症，以及由骨折引起的组织损伤。这些疾病给医疗系统带来了巨大的经济负担。
在过去20年里，得益于亨奇（Hench）及其同事的开创性工作，开发出了基于合成硅酸盐的移植材料，并展示了所需的生物相容性[3]，[4]，45S5 Bioglass®于1985年取得了临床成功[5]。45S5 Bioglass®的成分按重量计为45%的SiO2、24.5%的Na2O、24.5%的CaO和6%的P2O5。由于其独特的促进血管生成特性（包括增加血管内皮生长因子VEGF的分泌）、体外 VEGF基因表达以及体内血管化能力的提升，它已成为骨再生修复的金标准[6]。此外，45S5 Bioglass®在体内与周围组织具有很强的化学结合能力，并具备优异的生物相容性和可降解性[6]。
熔融淬火法和溶胶-凝胶法是传统的生物活性玻璃合成技术[7]。溶胶-凝胶工艺涉及水解和缩合反应，最终形成凝胶，再进一步加工成玻璃。该方法采用硅醇盐途径作为二氧化硅前体，因为凝胶形成后唯一的副产品是酒精，可通过低温干燥轻松去除。因此，最终材料不含金属离子等污染物。用于催化水解反应的无机酸残留离子通常会在高温烧结过程中转化为气体并排出。
人们尝试通过用金属氧化物（主要是硅酸钠[8]）替代烷氧基硅烷来改进溶胶-凝胶工艺。但这往往会在凝胶网络结构中引入Na离子，需要耗时的水洗步骤来去除它们。此外，每次洗涤都会导致合成凝胶的部分损失[8]。洗涤后，由于大量水分渗透到凝胶网络中，干燥时间也会延长。尽管如此，洗涤结束后Na离子并未完全洗脱。Na离子的存在可能会增加生物活性玻璃在体内和体外应用时生理介质的pH值，这对细胞可能具有毒性。
其他研究者还使用生物质作为二氧化硅来源[9]，[10]，[11]，[12]，[13]，[14]，[15]，并将这种方法称为“绿色合成”。不幸的是，二氧化硅提取过程通常涉及生物质的露天燃烧，这可能导致S、N、C氧化物的排放，以及烟雾和颗粒物对环境的污染。特别是CO2，这种温室气体与全球变暖和沿海地区的洪水有关[15]。
利用硅藻生物硅作为二氧化硅来源有望使生物活性玻璃的合成过程更加环保、经济和可持续。硅藻是一种单细胞光合藻类的骨架，具有从微观到纳米级别的三维多孔结构，其外壳由二氧化硅构成，具有层次分明且有序排列的孔隙[16]。硅藻生物硅的外骨骼可以通过培养硅藻细胞或开采天然存在的硅藻土矿物获得。硅藻细胞培养仅依赖无机盐和阳光生长，纯化后可获得无毒的生物硅[17]，[18]。这种基于自然的二氧化硅合成方法相比分析级合成二氧化硅具有多种优势，如生物相容性、无毒性、普遍存在、可再生性（约有110,000种不同的形态[18]）、热稳定性和化学惰性[19]。
基于上述特性，本研究利用硅藻Cyclotella meneghiniana作为二氧化硅来源，鲶鱼骨骼作为磷酸盐前体，尝试合成生物活性玻璃。
