钛由于其良好的生物相容性和抗腐蚀能力,在骨内植入材料领域获得广泛的应用。钛基植入体的生物学性能由其表面性质决定,其中表面拓扑结构是影响种植体生物学性能的决定性因素之一。通过调整钛表面拓扑结构改善种植体生物学活性的研究已经取得了一定的进展。本研究基于系列具有从微米尺度结构到多尺度微纳复合结构逐渐演变的钛表面模型,从抑菌、老化、对巨噬细胞极化的诱导作用及成骨性能的影响等角度研究钛表面拓扑结构对生物学能的调节作用。通过对表面化学组成一致、从微米尺度结构逐渐演变到多尺度微纳复合结构的一系列钛表面的研究发现,这类微纳复合结构钛表面不仅具有优异成骨性能的,而且能在早期有效抑制细菌的粘附,即这类微纳复合结构表面具有形貌依赖性种植“窗口期”广谱抑菌性能和高效成骨性能和。这为构建兼具优异成骨性能和抑菌性能的种植体表面提供了一种新的研究视角。钛生物学性能老化的研究发现,不同拓扑结构的钛表面在老化过程中生物学性能均下降,其中微纳复合结构钛表面的生物学性能老化衰减速度最慢；；不仅如此,研究进一步完整揭示钛表面生物学性能老化的材料学本质是钛表面对空气中的持续性累积的碳氢化合物的吸附和钛自身自发性氧化导致的无定形氧化层的增厚。钛生物学老化机制的揭示提供了抗老化研究的理论依据,可以通过减少钛表面的碳吸附和减缓表面氧化的方法阻止／延缓纯钛植入材料的生物学性能的老化。此外,通过构建微纳复合结构钛表面也可以获得一定的抗老化性能。通过三种减量法结合构建的新型多尺度微纳复合结构钛表面,具有仿破骨细胞骨吸收陷窝骨基质胶原的微结构。通过对新型多尺度微纳复合结构钛表面的体外生物学评价发现,本研究中构建的多尺度微纳复合结构钛表面对巨噬细胞极化具有诱导作用,该诱导作用具有拓扑结构依赖性；多尺度微纳复合结构钛表面可诱导巨噬细优先向抗炎表型极化,而微米尺度结构钛表面诱导巨噬细胞优先向促炎表型极化。此外,钛表面可通过诱导巨噬细胞极化调节成骨细胞的成骨分化,该调节能力具有拓扑结构依赖性；多尺度微纳复合结构钛表面通过诱导巨噬细胞极化调节成骨的能力显著优于微米尺度结构表面。体内实验证实,新型多尺度微纳复合结构钛表面能在植入后的早期促进骨形成细胞的粘附、增殖和胶原的分泌；加速种植体表面新骨的形成。种植体植入后的各个时期,新型多尺度微纳复合结构种植体都展示出优于微米尺度结构钛表面的骨结合能力。