生物材料作为自然界生物体生命活动的载体，生物材料研究一直是材料科学和生命科学的重要研究领域之一。通过对生物体的研究，进而模仿或利用生物体的结构、生化功能和生化过程，并应用到材料设计和材料制备领域，是仿生学研究的主要内容。生物体组织材料大多是由有机基质和无机基质复合而成，有机基质材料与无机基质材料的有机结合，形成了独特的有序显微结构，并表现出优异的生物学性能和力学性能。生物体组织材料形成机制研究表明，在生物矿化过程中有机基质对其复合的无机基质材料的结构具有重要影响。然而，关于生物组织材料在生物矿化过程中的形成机理研究目前还处于探索阶段，还有很多现象和问题有待进一步探索，如生物体的不同部位存在不同晶型的矿物，有机质在生物矿物形成过程中的作用机理等。此外，术后感染是骨科临床中常见的疾病。常规治疗方法存在许多不足，如费用昂贵、过程复杂和治疗率低等。局部骨组织给药系统可能会克服常规治疗方法所存在的不足。方法之一是将植入体表面镀上一层生物分子抗菌涂层，用来控制药物释放及改善植入体的生物活性。　　 本论文研究了(1)壳聚糖分子的形态与碳酸钙晶型的关系；(2)生物分子与表面活性剂协同作用下层状羟基磷灰石的形成机理；(3)生物分子抗菌涂层的制备及其体外释放行为和诱导磷灰石形成的能力。　　 在本论文的第一章中，简要介绍了生物矿化过程中有机质对矿物结构的调控机理及局部骨组织给药系统的研究进展。　　 在本论文的第二章中，我们讨论了壳聚糖分子调控碳酸钙晶型的机理。在壳聚糖溶胶中，热力学控制碳酸钙的形成过程。当碳酸根与钙离子的浓度积超过碳酸钙的Ksp时，均相成核形成方解石纳米颗粒，且带正电的分子链静电吸附在纳米颗粒表面从而抑制其进一步长大。在壳聚糖凝胶中，动力学控制碳酸钙的形成过程，异相成核形成六方球霰石片。柔性分子链通过立体化学匹配作用于高表面能的(001)面，从而降低了此面的表面能，进一步稳定了球霰石的生长。　　 在本论文的第三章中，我们讨论了生物分子(琥珀酰化的明胶)与表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵)的协同作用下层状羟基磷灰石的形成机理。在层状羟基磷灰石的形成过程中，十六烷基三甲基溴化铵自组装成层状胶束作为骨架，而通过静电作用与层状胶束吸附的琥珀酰化的明胶作为成核中心，从而形成层状结构。　　 在本论文的第四章中，我们利用提拉成膜和相分离法在Ti6Al4V支架上形成了由明胶和羟基磷灰石组成的不对称涂层，布洛芬分散于涂层中。我们考察了其体外释放行为和诱导磷灰石形成的能力。布洛芬以恒定速率释放且可持续释放30天。另外，相对于裸露的钛合金表面和纯明胶涂层，不对称涂层能更快地诱导磷灰石在其表面沉积。　　 在本论文的第五章中，我们利用提拉成膜法在Ti6Al4V支架上形成了由海藻酸钙和明胶粒子组成的复合涂层，庆大霉素溶于涂层或通过席夫碱反应与明胶化学相连。我们考察了其体外释放行为、诱导磷灰石形成的能力和抗菌活性。实验表明其释放行为与释放环境的pH值密切相关，且与纯海藻酸钙层相比，复合涂层能显著地减缓开始释放的速率和延长释放的时间。另外，复合涂层比裸露的钛合金能更快地诱导磷灰石在其表面沉，并具有更优异的抗菌性能。