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生物材料植入宿主体内后，其与生物系统的相互作用（蛋白吸附、细胞粘附/增殖等）发生在材料表面。细胞的生物学行为主要由材料表面化学成分和宏观、介观与微观多尺度的拓扑结构构成的局部微环境决定。因此，如何构建材料表面适宜的细胞外微环境，进而调控细胞的生理功能，已成为相关领域的研究热点之一。钛及钛合金由于具有良好的物理性能已被作为植入体材料广泛应用于骨科临床领域。不足之处是，钛及钛合金材料表面有生物惰性，缺乏诱导骨生成潜能，导致钛基植入体与周边自然骨组织的整合性差，使用寿命短，是其临床应用面临的普遍挑战。鉴于此，为了实现钛材表面原位调控细胞生物学行为，进而诱导骨组织形成，亟需研发新的钛材表面改性技术。从模拟类骨纳米结构及细胞外基质组分角度出发，本论文利用机械研磨技术、阳极氧化等方法制备了表面纳米拓扑结构的钛基材，进而沉积磷灰石/明胶，构建适宜的细胞外微环境，以期提高钛基植入体的骨整合性。主要研究内容和结论如下：1.表面纳米结构化钛材对骨髓间充质干细胞行为的影响为探究表面纳米结构化钛材对骨髓间充质干细胞生理行为的影响，本章利用机械研磨技术制备了表面纳米结构化钛材。通过扫描电子显微镜（SEM），透射电镜（TEM），原子力显微镜（AFM），X射线衍射仪（XRD）和接触角测试对表面特性进行表征。结果表明，经机械研磨技术处理后，在钛材表面上形成了纳米结构化薄层。通过纤连蛋白（Fn）与牛血清白蛋白（BSA）进行蛋白质吸附实验，结果表明，与未处理的纯钛相比，表面纳米结构化钛材对蛋白吸附量无显著的差异性。此外，在细胞与分子水平上，通过纽蛋白（vinculin）染色，四唑盐比色（MTT）检测，碱性磷酸酶（ALP）活性检测，骨钙素（OCN）与骨桥蛋白（OPN）染色，茜红素定量检测及骨钙素（OCN）、骨桥蛋白（OPN）、I型胶原蛋白（collagen I）与转录因子Runx2在mRNA水平表达等实验，分别研究了表面纳米结构化钛材对骨髓间充质干细胞粘附、铺展、增殖及分化的影响。结果表明，表面纳米结构化钛材促进了骨髓间充质干细胞粘附、增殖及骨发生相关的蛋白及基因在蛋白质与mRNA水平上的表达。本研究提供了一种制备表面纳米结构化钛材的新方法。2. BMP2功能化TiO2纳米管对骨髓间充质干细胞行为的协同效应为探究BMP2功能化TiO2纳米管对骨髓间充质干细胞行为的影响，本章利用聚多巴胺中间层将BMP2接枝到不同尺寸直径（30nm、60nm与100nm）的TiO2纳米管上，并利用扫描电子显微镜（SEM），X光电子谱（XPS）及接触角对材料进行了表征。结果表明，BMP2已成功地接枝到TiO2纳米管上。此外，进一步研究了BMP2修饰的TiO2纳米管对骨髓间充质干细胞行为的影响。纽蛋白荧光染色结果表明，BMP2功能化的TiO2纳米管促进了细胞粘附与生长，且经过7天与14天培养后，在BMP2功能化的TiO2纳米管上生长的骨髓间充质干细胞表现更高的碱性磷酸酶（ALP）活性与矿化量（p<0.05或p<0.01），其中，BMP2功能化的管径为30nm的TiO2纳米管上生长的细胞表现最高。该结果表明，BMP2功能化的TiO2纳米管拓扑结构协同增效地促进了骨髓间充质干细胞的增殖与分化。本研究为研发高骨整合性钛植入体提供了新方法。3.钛材表面微环境的构建及其对体外骨髓间充质干细胞成骨分化与体内成骨的影响为模拟自然骨的细胞外基质，本章利用共沉淀方法将磷灰石/明胶沉积在纳米结构化钛材表面，这种纳米结构化钛材是通过氢氧化钾与加热处理后，在表面形成的抗腐蚀纳米结构化层。利用红外（FTIR），场发射扫描电子显微镜（FE-SEM），原子力显微镜（AFM）与薄膜X线衍射（TE-XRD）对材料进行了表征。检测结果表明，磷灰石/明胶成功地沉积在纳米结构化钛材表面。纽蛋白的荧光染色结果表明，磷灰石/明胶纳米成分促进了细胞粘附，更重要的是，在第7，14与21天时，在磷灰石/明胶纳米成分钛材上生长的骨髓间充质干细胞表现了更高的增殖与碱性磷酸酶（ALP）活性。并且，骨钙素（OCN）、骨桥蛋白（OPN）和I型胶原蛋白（p<0.05或p<0.01）的表达得到了更大地提高。通过OCN与OPN的免疫荧光染色也得到了同样的结果。通过组织切片，X光片与micro-CT（micro computedtomography，微计算机断层扫描技术）分析得知磷灰石/明胶纳米成分提高了骨密度和骨-植入体的接触率（p<0.05或p<0.01），诱导植入体与骨界面间新骨的生长。以上结果表明，磷灰石/明胶纳米成分促进了体内外成骨。本研究为制备高性能钛材植入体提供了新技术。