甲壳素水凝胶因具有良好的生物相容性、成骨活性和抗菌抗炎特性,是一类较为理想的人工骨膜材料,但也存在力学强度和韧性弱的缺陷。甲壳素晶须（CHWs）是一种针棒状纳米级微晶,不仅保留了甲壳素的生物活性,还具有出色的强度和模量。重要的是,CHWs和甲壳素基质由相同成分组成,可推测晶须和基质之间可实现良好的界面键合。但是,用于溶解甲壳素基质的溶剂通常是强碱性的,而在这种碱性条件下,CHWs的质子化会受到严重影响,使得晶须之间的静电排斥被减弱,容易形成CHWs团聚物,难以获得晶须的潜在的增强作用。同时,甲壳素在促成血管化能力上有一定的局限性。此外,天然骨膜的各向异性特征可影响其强度、韧性和细胞行为。基于以上的考虑与分析,本论文旨在采用简便高效的策略构建具有优异的力学强度、成骨活性和成血管能力的甲壳素纳米复合水凝胶,具体主要开展以下研究工作:1.我们首先设计了带有大量-COOH基团的马来酸酐化甲壳素晶须（m CHWs）。由于-COOH基团具有相对较强的电负性,m CHWs可以稳定存在并均匀分散于碱性的甲壳素基质中。此外,通过酸水解法制备CHWs以作为比较分析。将CHWs和m CHWs分别作为增强相以增强甲壳素水凝胶的力学强度。正如预期的那样,CHWs对甲壳素水凝胶的增强作用极为有限。相反,由于其良好的分散性和较强的界面相互作用,m CHWs对甲壳素水凝胶表现出明显优异的增强效果。此外,所制备的m CHW/chitin复合水凝胶的拉伸强度和模量强烈依赖于m CHWs的含量,当m CHWs含量为3 wt%时,3%m CHW/chitin复合水凝胶具有最高的拉伸强度（5.8±0.2 MPa）和最大的模量（5.2±0.6 MPa）。重要的是,CHWs和m CHWs均可促进小鼠前成骨细胞（MC3T3-E1）的粘附、增殖和分化;并且,m CHWs以剂量依赖性的形式对细胞的粘附、增殖和分化发挥着作用。此外,主要含有-NH2基团的CHWs和主要含有-COOH基团的m CHWs对表面蛋白吸附和磷酸钙矿化的影响机制有所不同;但是,在相对应的3%CHW/chitin和3%m CHW/chitin复合水凝胶之间的细胞粘附、增殖和分化差异较小。2.为了更好地模拟天然骨膜的结构与性能,我们采用物理化学双交联以及预拉伸干燥的方法构建100%PC-m CHW/C复合水凝胶,其呈现出高度排列的取向结构。此外,预拉伸应变的大小会影响PC-m CHW/C复合水凝胶的拉伸性能。当预拉伸应变为100%时,相对应的100%PC-m CHW/C复合水凝胶可表现出最高的拉伸强度（19.7±2.4 MPa）和最大的杨氏模量（66.7±1.9 MPa）。在此基础上,以100%PC-m CHW/C复合水凝胶为基体,利用聚多巴胺（PDA）层的超粘附作用成功引入活性药物去铁胺（DFO）。PDA和DFO的存在对100%PC-m CHW/C-PDA/DFO复合水凝胶表面初始的取向形貌稍有影响,但内部有序的取向结构仍能维持。另外,PDA和DFO的引入轻微削弱了100%PC-m CHW/C-PDA/DFO复合水凝胶的力学强度,但改善了韧性,其拉伸强度和断裂伸长率分别为17.6±1.4 MPa和47.6±3.6%。此外,DFO在体外可以实现持续地有效释放,有望用于促进细胞的成骨分化和血管生成的作用。3.基于上一章节的研究,我们分别选用小鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）探究了100%PC-m CHW/C-PDA/DFO复合水凝胶的细胞相容性、成骨活性和血管生成能力。结果表明,随着各向异性结构、PDA层和DFO的依次引入,对细胞的粘附、增殖、成骨分化和血管生成活性具有显著的促进作用。尤其是固定DFO,可有效地协同改善100%PC-m CHW/C-PDA/DFO复合水凝胶的成骨和成血管化能力。