钛和钛合金凭借优良的机械性能和生物相容性被广泛应用于生物医用植入材料,尤其是在人工关节和牙种植体等领域。炎症感染和骨结合强度低是临床面临的两个主要问题。铜元素作为人体必需的微量元素具有一定的抗菌能力。本课题采用Ti-3Cu合金为原材料,对其进行超声微弧氧化表面处理,形成多孔氧化物涂层,改变了铜元素分布和存在形式,不仅提高了抗菌性能,又保证了良好的细胞相容性。本文通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、电感耦合等离子质谱仪、接触角仪、共聚焦显微镜和电化学工作站研究了超声微弧氧化钛铜合金表面的物理化学性质;将金黄色葡萄球菌与钛铜合金材料共培养,通过平板计数法、染色、细菌固定等方法研究材料的短期和长期抗菌性能并分析抗菌机理;与MC3T3-E1细胞共培养,通过CCK-8细胞增殖与毒性检测、细胞骨架染色、细胞固定研究合金的细胞相容性能,得到以下结论:在含硅、磷的镀液中对Ti-3Cu合金进行超声微弧氧化处理,生成了厚度为5-15μm的多孔涂层,涂层主要成分是金红石、锐钛矿、氧化铜以及含硅磷的氧化物。微弧氧化后合金表面的粗糙度增加,并且由于微观多孔结构和亚稳定锐钛矿的存在,表面亲水性显著提高。采用电化学工作站测试了钛铜合金在细胞培养液中的腐蚀性能,发现超声微弧氧化后合金的耐蚀性提高;离子溶出实验发现,超声微弧氧化前后合金的钛离子溶量出未出现明显变化,但是铜离子溶出量显著提高,且在第5天后释放速度开始缓慢下降。超声微弧氧化处理后Ti-3Cu合金具有非常强的抗菌性能,即使在含有金黄色葡萄球菌的菌液中和生理盐水中浸泡20天后抗菌率仍然稳定在99%以上;浸泡30天后抗菌率分别下降至91%和97%。这主要与溶液和细菌对材料的腐蚀导致铜离子溶出有关。与MC3T3-E1细胞共培养实验表明,培养1天,超声微弧氧化处理后合金与未处理合金相比,细胞相对生长速率没有显著区别;培养第3天和5天,细胞相对生长速率有所下降,但不存在细胞毒性。超声微弧氧化表面结构有利于MC3T3-E1细胞初期的粘附,但是过大的粗糙度却影响了 MC3T3-E1细胞的铺展。