钛及钛合金具备良好的力学性能、耐腐蚀性能以及生物相容性,被广泛用作骨科植入材料。尽管钛及钛合金在临床上取得了很大的成功,但仍会因缺乏骨结合以及种植体感染导致植入的失败。种植体表面与蛋白、细菌和组织细胞的相互作用,对植入的成功或失败起着决定性作用。因此,为了提高植入的成功率,常通过表面改性手段对其进行改性。然而,该领域的许多研究工作往往考虑了骨结合性能却忽略了种植体感染,或者相反。理想的情况是种植体表面既具有抗菌活性,同时又能够促进骨与种植体的结合。为解决钛种植体骨结合及其周围细菌感染问题,本论文通过piranha溶液预处理和碱热处理技术在钛材表面原位构建纳米多孔网络结构,以提高钛材生物活性;通过离子交换技术在纳米结构上载入Zn²⁺离子,以改善钛材表面的抗菌和生物活性;通过硅烷化技术和共价接枝的方法将羧甲基壳聚糖锌螯合物固定到纳米结构表面上,从而构建结合了长期抗菌性能和生物活性的纳米复合结构表面。本研究为提高生物医用钛材的抗菌性能和生物活性提供了新思路和新方法,具有科学意义和医用价值。本论文具体研究工作及结果如下。（1）钛材表面纳米结构的构建及体外生物活性设计采用piranha溶液预处理和碱热处理相结合技术,在钛材表面原位构建了纳米多孔网络结构。场发射扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和接触角测试等研究结果表明,直接碱热处理的方法能在钛材表面形成直径200纳米左右、壁厚30-50纳米二氧化钛多孔网络结构;而经过piranha溶液预先处理的钛材表面形成了更加粗糙的纳米多孔网络结构层,多孔结构的孔径约为400纳米、壁厚30-50纳米。模拟体液浸泡实验发现,该两步法构建的纳米多孔网络结构具有更强的磷灰石形成能力,体外细胞实验也表明该纳米多孔网络结构对MC3T3-E1成骨细胞的粘附、增殖和分化具有显著的促进作用。（2）钛材表面含锌纳米结构的体外抗菌及生物活性采用离子交换技术改变了钛材表面纳米多孔网络结构的化学组成,将具有生物活性和抗菌性能的Zn²⁺离子引入纳米结构中,制备出表面含锌的纳米结构钛材。研究表明,离子交换技术在没有改变材料表面纳米结构的基础上成功地将Zn²⁺离子引入到钛材表面。体外抗菌实验研究发现,掺入锌的纳米结构表面对金黄色葡萄球菌有明显的抗菌作用,表面生长的金黄色葡萄球菌数量减少约46%。此外体外细胞实验也表明,含锌的表面可刺激MC3T3-E1成骨细胞的初始粘附、增殖、碱性磷酸酶活性和细胞外基质矿化。（3）钛材表面固定羧甲基壳聚糖锌螯合物的体外抗菌及生物活性采用硅烷化技术和共价接枝的方法将羧甲基壳聚糖锌固定到钛材表面纳米多孔网络结构上,制备出羧甲基壳聚糖锌螯合物功能化的钛材。研究结果表明:羧甲基壳聚糖锌螯合物被成功固定到钛材表面,锌元素含量达到3.81%。体外抗菌实验研究发现,固定羧甲基壳聚糖锌螯合物的钛材表面具有长期抗菌活性,即使在磷酸盐缓冲溶液中浸泡14天后,对金黄色葡萄球菌仍然具有显著的抑制作用。同时,该表面也表现出增强的MC3T3-E1成骨细胞活性,对细胞的初始粘附、增殖和成骨分化等都产生有益的影响。（4）表面功能化钛材的体内抗菌及生物活性将表面纳米结构化以及固定羧甲基壳聚糖锌螯合物的钛种植体植入兔股骨髁内,并通过加入金黄色葡萄球菌的方法人为制造感染。通过伤口观察、X射线影像观察、X射线显微CT分析以及组织病理分析等方法,初步探讨了表面功能化钛材的体内抗菌和生物活性。结果显示,纳米结构化表面观察到大量的骨细胞,固定羧甲基壳聚糖锌螯合物后的钛种植体表面没有明显感染的迹象。