天然材料及其衍生聚合物所组成的水凝胶,由于其结构中的含水量高、具有高度的仿生性--物理性质与细胞外基质(ECM)相似等,因此可以很好地模拟人体组织结构并在组织工程和生物医药等领域得到了广泛的应用。近几年随着现代生命科学的发展,人们对水凝胶提出了更高的要求。当其被用于修复组织时,希望它不仅能够为缺损部位提供一定的力学支撑作用,还可以具有更多的功能性,使其能够成为机体的一部分参与生命活动,进而实现组织的修复与重建。因此,需要结合细胞生物因子与支架材料两方面的因素来研究组织工程,从而为组织修复提供简单有效可行的新途径。微球材料可以包埋易失活的药物并且具有较好的药物缓释效果,通过将载药微球包埋入水凝胶从而实现水凝胶的功能化。本论文在仿生材料的基础上,致力于制备出综合性能良好、具有生物活性的微球复合水凝胶。这些探索工作对设计和制备可注射水凝胶支架提供了参考价值、具有重要意义。首先通过对天然材料进行改性获得所需要的醛基与氨基基团,通过席夫碱反应制备几种不同的水凝胶。这些席夫碱基水凝胶可以快速交联,其溶胀行为与醛基含量和氨基含量有关:反应基团越多,交联位点就越多,因此其交联密度就越高,所形成的交联网络结构就越致密,能够容纳水的空间就变得越小。这些天然水凝胶在制备过程中没有引入任何的交联剂或引发剂,安全可靠并且生物相容性良好。此外,各组水凝胶都显示出良好的粘结性能,其粘结强度与市售纤维蛋白胶效果相当,因此可以作为皮肤粘合剂使用。为了进一步提高水凝胶的力学性能使其具有更广泛的应用,利用醛基化海藻酸钠主链上的羧基,通过化学接枝反应进一步接枝上甲基丙烯酸酯基团,然后将接枝产物与氨基化明胶通过光交联反应形成双网络水凝胶。当两者混合时,首先酯化的醛基海藻酸钠和氨基化明胶通过发生席夫碱反应形成第一层交联网络,接着在紫外光条件下引发丙烯酸酯键聚合反应形成第二层交联网络结构。与单交联网络水凝胶相比较,该双网络水凝胶有更高的交联密度,表现出更好的力学性能,能够提供一定的力学支撑;更低的溶胀率和更慢的降解速率,细胞毒性也很小,可以为细胞的生长提供所需要的环境与条件。经RGD(精氨酸(R/Arg)-甘氨酸(G/Gly)-天冬氨酸(D/Asp))修饰后的双网络水凝胶可以使细胞在其表面更好的粘附和铺展,并且经过一定时间的培养,细胞可以长入水凝胶的内部。为了使水凝胶具有功能性以实现组织修复与重建,将结合纳米颗粒的缓释特点,把所制备的聚氨酯微球包埋入水凝胶中形成功能化复合水凝胶。首先以PEG(聚乙二醇)为主要原料制备含氨基的聚氨酯,这些聚氨酯可以在水中自组装形成纳米颗粒,并且通过改变PEG的链段长度和疏水/亲水段的链段比例实现对纳米颗粒径的控制。此外,聚氨酯侧链的氨基还可以通过反应接枝小分子药物KGN(2-([1,1-联苯]-4-基氨基甲酰)苯甲酸)。然后把所制备的聚氨酯载药微球包埋入水凝胶中,形成了具有功能性的复合水凝胶支架,该支架结合了自组装聚氨酯颗粒的缓释特点与水凝胶的可注射性,有潜力作为软骨修复支架的选择。