自然界中的许多生物体,例如硅藻、海绵骨针等,在以二氧化硅为基本单元的纳米材料构筑方面展现了高超技术,能在非常温和的生理条件（室温、常压、近中性水溶液）下形成精致三维空间结构,以及与结构相对应的特殊功能,吸引了人们的广泛关注。因此仿生矿化成为现今无机纳米材料构建的重要方法之一。目前人工合成二氧化硅主要集中在零维和一维结构的构建和调控,对由低维到高维这种多尺度的构建以及三维空间结构性质的调控仍存在较大的挑战。同时由纳米纤维或纳米管构成的三维空间网状材料,因其结构类似于细胞外基质,更利于细胞的增殖生长,因此在组织工程以及生物医学领域具有较大的应用潜力。三维多孔材料因其独特的孔结构及相应性质而被广泛应用,但目前的制备方法在孔结构分布、孔尺寸等结构性质控制方面存在明显不足。本文以二氧化硅三维材料的构建及结构性质调控为重点,结合仿生矿化、溶胶-凝胶和冰凝诱导法制备由一维二氧化硅纳米管组成的三维材料,同时对其结构性质进行考察,并探索了其在医用敷料、纳米生物反应器以及骨修复领域应用的可能。利用短肽I₃K能够在水溶液中自组装形成表面富集大量正电荷纳米纤维的特性,以其作为硅前驱体（正硅酸乙酯）水解缩聚的催化剂和模板,仿生矿化合成具有一维纳米管结构的二氧化硅材料。通过反应条件控制使得矿化和凝胶化同时进行,最终形成肽-二氧化硅水凝胶,促使一维的二氧化硅纳米管在三维空间排列成类似于细胞外基质的三维空间网状结构。首先通过改变样品的反应条件,考察各因素对所形成水凝胶机械强度的影响,包括成胶时间、溶液pH值、硅源浓度、乙醇的用量和肽浓度等,这些探索性工作为有机-无机杂化凝胶材料的制备提供一定的理论基础和实验依据。同时通过对不同带电性模型药物的负载释放、细胞毒性以及体外细胞培养考察了该水凝胶在医用敷料领域应用的可能性。冰凝诱导方法的引入使得可控三维空间结构的凝胶制备成为可能。首先把不同的凝胶样品进行前期处理,然后放入不同的低温环境中,促使其冷冻结冰;在结冰的过程中以冰晶作为模板使得凝胶中的二氧化硅纳米管进一步的排列,达到从一维到三维二氧化硅纳米材料的构建及结构性质调控的目的。通过调节冷冻温度、冷冻方向、肽及正硅酸乙酯浓度等条件,对所形成材料的孔尺寸及其分布、孔壁、孔形态及孔方向等进行了调控,并探索了其作为纳米生物反应器和骨组织修复支架材料应用的可能性。本文通过仿生矿化的手段,结合溶胶-凝胶与冰凝诱导的方法,实现了从一维到三维有序二氧化硅纳米材料的制备。该过程操作简单,不需要其它化学试剂的加入,同时所制备三维材料独特的结构和性能,使得其在对材料要求较高的生物催化和组织工程领域具有较好的应用前景。