钛及其合金具有良好的化学稳定性、生物相容性以及机械力学性能而被广泛用作人工骨、关节、牙种植体等硬组织替换材料。然而,机械加工而成的金属钛表面呈生物惰性,不能与骨组织形成良好骨性结合,植入体内后容易被纤维组织包裹而引起植入失效。因此,需对钛表面结构和组分进行改性和修饰,以提高其生物相容性、生物活性和耐腐蚀性等综合性能。自然骨是由纳米、微米和宏观大尺度结构组装而成的具有多组分和多级结构的复合体,基于仿生学的观点,在钛表面构建具有微米和纳米的复合多级结构可更好的模拟自然骨和细胞外基质的多级结构,进而充分调节干细胞或成骨细胞的粘附、增殖、分化和矿化等各项细胞活动。一些研究者已尝试在钛表面制备微/纳米结构,但一些结构在调节细胞的增殖和早期分化等功能仍不尽人意,因此有必要系统考察和优化材料的表面结构、组分、晶型、浸润性等性质,以提高钛表面微/纳米结构的生物活性。此外,DNA分子的碱基互补配对原则使其具有高度的识别和组装性能,因而在钛表面修饰DNA分子可通过碱基互补方式实现载药纳米凝胶的动态捕获和释放,从而实时调节细胞功能。而DNA核酸适配体还能高亲和性和高特异性的结合生长因子,将核酸适配体修饰到钛或小鼠骨头表面,有望实现血管内皮生长因子（VEGF）等生长因子的缓慢释放,进而提高骨替换材料的促进血管生成和骨生成的性能。本论文基于仿生学观点,在钛表面构筑微/纳米TiO2结构,通过电沉积和旋转涂布等方式沉积磷酸八钙和纳米羟基磷灰石,形成钙磷盐修饰的微/纳米复合结构,详细考察材料表面结构、组分、浸润性及晶型等性质对前成骨细胞（MC3T3-E1）生长状态的影响。此外,基于DNA分子的功能,在钛表面实现载药纳米凝胶和阿霉素（Dox）的重复组装和释放以调节平滑肌细胞的生长状态;基于生长因子的核酸适配体性质,在钛和小鼠骨头表面制备核酸适配体功能化的水凝胶膜层,调节VEGF生长因子的释放行为。主要研究结果如下:1.结合使用酸刻蚀、电化学阳极氧化和高温煅烧方法在Ti表面制备锐钛矿晶型的微米坑/纳米海绵状TiO2结构,并通过电沉积在其表面构建含磷酸八钙（OCP）薄膜的微/纳米复合结构。耐蚀性和模拟体液浸泡测试表明,该结构表面比空白钛和无OCP修饰的微/纳米结构试样具有增强的耐腐蚀性能和诱导类骨磷灰石沉积的能力。MC3T3-E1细胞实验结果表明,OCP修饰的微/纳米复合结构明显促进细胞的粘附、铺展、增殖、分化和细胞外基质的沉积和矿化。2.结合使用酸刻蚀和电化学阳极氧化在钛表面制备无定型的微米坑/纳米海绵状TiO2结构,并在不同温度（450 ℃或550 ℃）下进行高温煅烧获得锐钛矿、锐钛矿/金红石混晶的TiO2膜层,然后采用旋转涂布的方法在不同晶型的微/纳米结构表面沉积纳米羟基磷灰石（HA）,形成HA修饰的微/纳米结构。系统表征和考察了微/纳米TiO2结构的晶型、HA组分对表面浸润性、MC3T3-E1细胞活性的影响。浸润性测试表明,所有的试样均呈现超亲水和超亲油的超双亲性质。细胞实验结果显示,锐钛矿/金红石混晶比锐钛矿和无定型具有更好的促进细胞增殖能力,而无定型则不利于细胞增殖;HA的沉积并不影响细胞在不同晶型表面的细胞增殖趋势,但明显促进细胞在不同晶型表面的分化和细胞外基质矿化。综合细胞的各项功能表达结果,HA修饰的锐钛矿/金红石混晶的微/纳米复合结构具有最佳的促进细胞增殖、分化和细胞外基质矿化的性能。3.采用自由基聚合方式在钛表面构建含DNA单链（经化学改性的cODN1）的聚丙烯酰胺水凝胶膜层,利用DNA的碱基互补配对原则在水凝胶膜层表面组装结合有DNA互补链（ODN1）的纳米凝胶。在含5%FBS的溶液中,纳米凝胶能随着血清降解ODN1而从水凝胶膜层表面释放离开,而水凝胶膜层中保存完好的cODN1可实现纳米凝胶的再次组装和释放。当纳米凝胶吸附阿霉素（Dox）药物嵌入到其表面的另一对DNA互补双链（ODN2和cODN2）中时,该系统能实现Dox药物的重复释放,进而实时调节平滑肌细胞的生长状态。4.利用PMMA微球作致孔剂在钛表面制备含明胶和聚乙二醇的微多孔水凝胶薄膜,该膜层有利于内皮细胞（HUVECs）和前成骨细胞（MC3T3-E1）的粘附和增殖。为实现VEGF的控制释放,在上述水凝胶膜层中掺入VEGF核酸适配体。装载VEGF后的释放结果显示该方法制备的微多孔水凝胶膜层存在明显的VEGF突释行为。基于上述的VEGF释放现象,采用发泡法在小鼠骨头表面制备含核酸适配体的超多孔水凝胶膜层,VEGF装载和释放结果表明,掺杂适量核酸适配体的超多孔水凝胶显著降低VEGF的突释行为。将该超多孔水凝胶膜层包裹的骨头放入含10%FBS的溶液中进行释放测试,结果显示血清并不明显影响VEGF的短期释放动力学,表明该方法修饰的骨头有望提高异体骨移植材料的生物活性。