钛及钛合金是目前临床上最常用的医用金属材料。因其具有优异的机械性能和良好的生物相容性,钛材植入体被广泛地用于骨、关节和牙齿等硬组织的修复与替换。尽管钛材能在空气中自发氧化形成二氧化钛保护层从而具有良好的抗腐蚀性能,但在人体复杂的生理侵蚀环境中,仅有几纳米厚的氧化层极易受力脱落,而人体内的低氧环境限制了受损氧化层的重新形成。上述问题在植入体细菌感染或炎症反应的情况下尤其严重,这是由于细菌感染以及炎症反应会引起植入体表面的局部酸化,加剧腐蚀过程。因而,对钛材表面改性提升其耐腐蚀性能具有重大研究意义。适宜的表面改性不仅可保留钛材优良的机械性能,还可根据实际应用需求赋予其相应的表面特性,如耐腐蚀性、耐磨性、生物相容性以及抗菌性等。本论文利用聚合物辅助沉积技术(PAD)以及微弧氧化技术(MAO)在钛材表面构建了一系列具有促成骨、抗菌以及抗磨损的耐腐蚀涂层,并在体外对其生物学性能进行初步评价。主要内容和结论如下:1.基于聚合物辅助沉积技术构建具有良好耐腐蚀性和生物相容性的氧化钽涂层为了提高钛材表面耐腐蚀性能,利用聚合物辅助沉积技术(PAD)在钛材表面构建了具有良好耐腐蚀性能的氧化钽涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子谱(XPS)以及接触角测试等对涂层的理化性质进行表征。利用电化学工作站和划痕仪测量了涂层的动电位极化曲线和结合力,结果表明,该涂层具有良好的耐腐蚀性能和较高的结合强度。此外体外细胞实验显示,与纯钛相比,该氧化钽涂层更有利于成骨细胞的粘附与增殖。本研究提供了一种构建具有耐腐性和良好生物相容性钛基材的新方法。2.基于微弧氧化技术构建具有良好耐腐蚀性和生物相容性的氧化钽/氧化钛复合涂层为了提高氧化钽涂层的构建效率并降低其构建成本。利用微弧氧化技术在钛材表面构建了氧化钽/氧化钛复合涂层。采用原子力显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射(XRD)、X射线能谱仪(EDS)、X射线光电子谱、接触角测试以及电化学工作站等技术对涂层的表面形貌、化学成分、晶体结构和耐腐蚀性能进行检测。结果显示,该涂层主要由氧化钽和氧化钛构成,且涂层能封堵微弧氧化产生的微孔结构,从而具有优异的耐腐蚀性能。此外,细胞活性(CCK-8)、碱性磷酸酶(ALP)、矿化、PCR等体外细胞实验表明,与纯钛相比,具有氧化钽/氧化钛复合涂层的钛材能促进成骨细胞的增殖与分化。本研究为高效构建具有良好生物相容性的耐腐蚀涂层提供新途径。3.基于微弧氧化技术构建具有良好耐腐蚀性能和抗菌性能的介孔硅复合涂层植入体的细菌感染是临床最严重的术后并发症之一,也是导致植入失败的主要原因。而假体植入后的4-6 h通常被认为是细菌感染的关键时期,鉴于此,本章将介孔硅纳米颗粒通过微弧氧化技术沉积到钛材表面与二氧化钛氧化物一起形成复合涂层,并以此为载体加载阳离子抗菌药物奥替尼啶,最终构建出具有良好耐腐蚀能力的抗菌性涂层。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子谱、X射线能谱仪、电化学工作站以及接触角测试等对复合涂层的理化性质进行表征。结果显示,介孔硅颗粒被均匀地沉积到钛材表面,大部分介孔硅颗粒形态完整。电化学研究表明,与纯钛相比,该复合涂层具有更高的耐腐蚀潜能。利用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为模式细菌研究钛基材的抗菌性能,同时通过CCK-8、ALP、矿化等体外细胞实验考察材料对细胞增殖和分化的影响。结果表明,载有奥替尼啶的介孔硅复合涂层表现出较强的早期抗菌能力以及良好的生物相容性。本研究为构建具有抗菌性能的耐腐蚀涂层提供新技术。4.基于微弧氧化技术构建具有良好耐腐蚀和耐磨性能的实心二氧化硅纳米颗粒复合涂层植入体在体内的磨损在所难免,而磨损产生的磨屑会沉积在周围组织之中,进而诱发组织慢性炎症和植入体周围骨溶,甚至可能导致植入体无菌性松动。因此,为了提高钛材的耐磨性能,本章利用微弧氧化技术将实心二氧化硅纳米颗粒掺入到钛材表面氧化层中,构建了二氧化硅纳米颗粒复合涂层。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子谱以及接触角检测对样品进行表征。结果表明实心二氧化硅纳米颗粒被均匀地掺入、包裹在钛材的氧化层中。电化学研究和摩擦磨损测试表明:掺入的实心二氧化硅纳米颗粒能显著地提高钛材的耐腐蚀和耐磨损性能。细胞实验表明二氧化硅纳米颗粒复合涂层具有与纯钛相近的生物相容性。本研究为提高钛材的耐磨性提供了一种新思路。