医用金属材料由于具备良好的力学性能和生物相容性等优势,被广泛应用于生物医用领域。然而,金属裸支架在血液环境中有害金属离子的释放,以及术后再狭窄问题严重限制了血管支架的长效安全性;钛合金植入体表面的惰性二氧化钛层会阻碍植入体表面与周围天然骨之间的骨整合,增加了植入体移位和松动的风险,因此对植入材料表面改性显得尤为重要。植入材料表面的微观结构对细胞行为具有重要的影响作用,鉴于此,我们分别采用仿生矿化沉积和选择性激光熔融制备了表面具有微观结构的钴铬合金和钛合金,并对其体外或体内的生物功能性进行初步评价,探究其表面微观结构对细胞行为的调控作用。主要研究内容和结果如下:(1)通过酸碱两步法和仿生矿化沉积相结合的方法,可以在医用钴铬合金表面制备微纳结构化磷灰石涂层,通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)结果显示,磷灰石涂层呈现均一多孔的薄片状结构。磷灰石涂层在生理盐水溶液中的降解结果表明,钙离子在体外可以实现持续可控的释放。通过平滑肌细胞和内皮细胞在磷灰石涂层表面的粘附和增殖研究证明,磷灰石涂层具有抗增生和促内皮等多重功能。(2)我们对磷灰石涂层抑制再狭窄的调控机理进行进一步研究,通过磷灰石涂层的体外细胞毒性研究表明该涂层无毒;通过SMCs和ECs在钴铬/磷灰石涂层表面增殖的FE-SEM观察,发现SMCs可被磷灰石薄片刺穿而ECs无刺穿现象。通过对平滑肌细胞在磷灰石涂层表面细胞行为的探究,发现平滑肌细胞是一类对钙浓度敏感的细胞,同时磷灰石涂层可通过释放钙离子调控平滑肌细胞的细胞行为,使平滑肌细胞在收缩和舒张的过程中被磷灰石薄片刺穿,进而抑制平滑肌细胞增殖。本研究中磷灰石涂层的构建对于冠脉支架的长效性、安全性具有十分重要的意义,同时也为支架表面载药涂层的设计提供了重要的理论参考。(3)利用选择性激光熔融(SLM)制备出六种不同打印角度的钛合金(Ti6Al4V)圆片,研究打印角度对表面性能和生物相容性的影响。随着打印角度的增加,圆片表面未熔融的金属颗粒数量增加,导致其表面粗糙度和疏水性随之增加。通过SLM设计打印的Ti6Al4V脊柱融合器的孔隙率为70%,孔径为600μm,弹性模量为0.51±0.04 GPa,在2.62 mm位移时的极限载荷为25000 N,这与商业化的聚醚醚酮(PEEK)融合器的机械性能相当。(4)SLM Ti6Al4V圆片的体外细胞毒性研究表明该样品无毒。SLM Ti6A14V圆片在MC3T3-E1细胞培养的初期阶段,具有较高打印角度的圆片表面的细胞出现铺展形态,呈现纺锤体状,但不同打印角度的圆片表面的细胞粘附和细胞增殖活力无显著差异。比格犬胫骨模型的组织学结果显示,多孔Ti6A14V植入体在4周和12周能够实现与商业化的多孔钽(Ta)植入体类似的骨长入趋势。这表明通过SLM制造的多孔Ti6Al4V融合器具有应用于脊柱融合术的巨大潜力。