金属钛及钛合金由于其良好的生物相容性,高的力学强度,已大量用于承力部位的骨修复替换,取得了巨大的成功,但是植入体与宿主骨的固定仍然是一个问题。一方面植入体与骨之间不能形成生物活性结合而导致植入体-骨界面结合松动,另一方面由于材料的杨氏模量与宿主骨组织的不匹配,由此引起骨组织不能够受到足够的加载而产生应力屏蔽导致植入体松动。解决的一种方法就是在材料表面或整体引入孔隙使骨组织长入多孔基体,用这种方式使植入体和宿主骨产生结合,形成生物固定。同时,通过控制孔隙率,植入体的弹性模量可以调整到与骨组织近似匹配,从而减少应力屏蔽的问题。最后,如果孔是连通的,大量的体液能够在多孔基体中传输,由此引发骨向内生长。这种生物力学相容多孔钛可能成为用于承力部位骨修复最有广阔应用前景的生物材料之一。本文在前期制备出具有不同弹性模量的多孔钛的基础上,通过体内骨植入实验,研究了孔隙率对植入体与骨之间结合能力的影响,并比较了它们的组织反应。结果表明,由于多孔结构的引入,引导更多的骨组织长入植入体表面和内部孔中,植入体与骨界面的接触面积大大增加,加之骨和多孔孔隙之间的机械嵌合作用,有效地提高了植入体与骨之间的界面结合强度,增强了植入体与骨之间的稳定性,这种界面结合能力随孔隙率增加而增加。但过高的孔隙率降低材料强度,选择特殊目的使用的骨修复植入体必须在材料强度和刚度之间找到合适的平衡来使之与骨的力学行为匹配。或进一步优化材料表面使植入体表面具有生物活性,能够诱导更多的骨组织长入并与骨形成骨键合,使尽快达到或接近自然骨的强度。改善多孔钛骨界面结合的另一方式是赋予其表面活性。多孔钛虽然具有很多优点,但它毕竟是一种生物惰性金属材料,新生骨与植入体之间只能形成骨整合,而非强有力的化学键性结合(骨键合),导致植入体在其功能状态下的寿命受到严重影响。为此,作者将普遍用于致密钛表面改性的表面活化技术(酸碱处理和碱热处理)用于处理优化过的与骨组织弹性模量近似匹配的多孔钛,并比较两种不同表面活化处理方式对多孔钛植入体与骨之间结合能力的影响。结果表明,酸碱和碱热处理能有效改善多孔钛表面微结构并使其具有生物活性,与骨形成良好结合,两种处理方式诱导长入孔隙内部的骨组织量相似,但数量不多。热处理在提高植入体与骨之间的结合强度方面起到了重要作用。在长入组织量相似情况下,碱热处理多孔钛在提供稳定的固定方面优于酸碱处理多孔钛,这种作用可能更多来自二者处理钛表面后活化层的结构差异。仿生矿化法是模仿磷灰石形成的自然过程,通过低温模拟生理环境在材料表面构建表面活化层,这种方法能够在多孔植入体的孔内部均匀沉积涂层。因此,作者先将多孔钛进行酸碱处理和碱热处理使其具有可以进行矿化的生物活性表面,再将其置于过饱和钙化液中制备磷灰石仿生涂层,最后将其植入动物体内考察涂层对于植入体与骨之间结合能力的影响以及组织反应。结果表明,仿生涂层法能够在经过预处理的多孔钛植入体内部均匀沉积仿生CaP涂层,这种CaP仿生涂层具有更好的生物活性,能够诱导更多骨组织向孔隙内部生长,增强植入体与骨组织的固定。酸碱和碱热前处理工艺仍然可能导致活化层与基底界面的结合强度差异从而影响植入体与骨界面的结合强度。通过对两种前处理再表面仿生矿化的多孔钛肌内植入进行组织学分析,初步发现仿生矿化涂层表面活化改性同时可能赋予多孔钛诱导软骨组织形成能力。实验结果表明,表面活化多孔钛仿生矿化涂层微结构受前处理方式影响,矿化层生长受前处理活化层微结构调制。酸碱前处理提供网状结构矿化涂层生长模板,而碱热前处理提供针状矿化涂层生长模板,前处理方式同时影响矿化涂层生长厚度。一定微结构表面活化涂层甚至可能诱导非骨环境中软骨组织的形成。