骨缺损修复是当前外科手术中非常棘手的问题,自体/异体骨移植和生物惰性金属材料的骨固定是目前临床上主流治疗手段,而供体资源不足、自身免疫排斥反应等风险极大地制约了骨缺损的治疗。骨组织工程技术是建立在对骨结构和骨组织充分认识的基础上发展起来的,结合生物活性材料高效诱导新骨再生的优势,既解决了供体资源不足的问题,又降低了自身免疫排斥反应的风险,有望实现骨缺损修复。因此,以骨支架材料对骨形态发生蛋白（BMP-2）的负载效率为评价标准,设计兼具促成骨能力、适宜骨细胞生长环境、优异机械强度、生物可降解性的骨组织工程复合支架材料,是骨组织工程研究中的关键科学问题。本文从骨组织工程支架材料设计的角度出发,利用计算机模拟与实验表征相结合的研究手段,对金属镁、超分子水凝胶和氧化石墨烯（GO）三种骨支架材料的微纳结构特征、物化性质对BMP-2负载能力的影响及调控机制进行探究。在此基础上,以机械强度与天然骨接近的金属镁作为基体,超分子/GO复合水凝胶的三维多孔结构作为类细胞外基质（ECM）环境,设计制备了兼具优异机械性能、生物可降解性和促BMP-2黏附的复合涂层支架材料。本文主要研究内容如下:（1）研究不同程度的镁降解对BMP-2吸附行为的影响,通过分析官能团在镁和羟基化镁表面的吸附规律,揭示降解导致的表面电荷变化对BMP-2吸附的影响机制。BMP-2吸附实验和分子动力学（MD）模拟结果表明:随着降解程度的增加,BMP-2与表面间吸附位点数量逐渐减少、相互作用强度逐渐减弱。Metadynamics模拟发现,官能团在羟基化镁表面吸附能的降低进一步验证了上述现象。水合层结构的逆转说明了镁降解过程中表面电荷重新排布是抑制BMP-2和宫能团在镁表面吸附的主要原因。（2）通过设计合成由酰胺基（CONH）和酯基（COO）修饰的C2对称的超分子凝胶因子,实现了超分子水凝胶纤维的手性调控,而BMP-2对超分子纤维手性的特异性识别为类ECM的骨支架设计提供参考。分子动力学模拟和实验结果均表明,骨架基团COO与CONH之间的转化使得组装驱动力由分子间氢键转化为分子内氢键,进而改变了超分子水凝胶螺旋纤维的手性。不同手性纤维对BMP-2吸附的MD模拟和实验结果显示,相较于右手性,左手性的螺旋纤维结构对BMP-2有明显更强的黏附作用。对组装体纤维和BMP-2吸附结构分析发现,BMP-2中的α螺旋呈右手性,在吸附过程中可以特异性识别左手性纤维。（3）研究氧化石墨烯（GO）氧化程度、温度和pH环境对BMP-2吸附的影响,通过分析BMP-2吸附结构和关键残基的分布特征,揭示GO的物化性质对BMP-2吸附的调控机制。模拟结果表明:BMP-2在GO表面的残基结合位点数量和吸附强度与GO表面的氧化程度成正比;随着模拟体系温度的升高,BMP-2原子振动的增强会克服空间位阻,使得与GO表面的接触面积增大,吸附强度相应增大;模拟体系pH值从4.0升高到10的过程中,BMP-2带电荷量从+6逐渐降为0,随后负电荷逐渐增多至-6的过程中,GO对BMP-2吸附先“促进”后“抑制”,在BMP-2的等电点（pH=6.2）时吸附作用最强。（4）研究添加不同含量GO对超分子水凝胶生物/力学性能及BMP-2吸附的影响;针对于硅烷预处理的镁表面,分析了超分子/GO复合水凝胶涂层的结合力、耐蚀性以及对BMP-2吸附的影响机制。实验结果表明:GO在复合水凝胶中以雾状片层的形式存在,在不改变凝胶单元间的组装模式和纤维手性结构的前提下,添加1 wt%的GO使复合水凝胶机械强度最大;硅烷BTSE和GPTMS依次对镁表面预处理后,在基体表面自组装制备复合凝胶涂层。硅烷层对镁表面充分保护的基础上,GPTMS末端羟基与超分子凝胶/GO形成的氢键网络使得涂层与基体紧密结合,同时也充分体现了超分子/GO复合涂层对BMP-2的高负载力。