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聚醚醚酮(PEEK)及其衍生物碳纤维增强聚醚醚酮(CFRPEEK)材料具有出色的力学性能和耐抗腐蚀性，以及良好的生物相容性和生物稳定性。值得注意的是，其弹性模量与人体骨组织较为匹配，可有效减少应力遮挡效应造成的骨吸收和骨萎缩。PEEK在脊柱矫形等硬组织植入有望逐渐成为替代医用钛合金的首选材料，应用前景诱人。然而，聚醚醚酮材料的生物活性较差且无明显抗菌性，植入人体后易受细菌攻击且不易与人体骨组织键合，限制其作为植入体材料应用。论文采用等离子体浸没离子注入(PⅢ)技术对PEEK和CFRPEEK进行表面改性，对材料表面化学成分和结构以及某些力学性质进行调控，探讨工艺参数对表面性质的影响，阐述表面结构形成过程和相关表面力学性质提高的相关机理。通过体外细胞相容性评估成骨细胞MC3T3-E1和骨髓间充质干细胞(bMSCs)在改性前后材料表面的粘附、增殖和骨向分化;体内动物实验评价改性前后材料的生物安全性和骨整合性。阐述材料表面成分、结构和力学性质与其生物学行为的关联。 取得的主要研究结果有: 1.在优化工艺参数的基础上，使用钙等离子体注入在PEEK表面获得不同钙含量的改性层。材料表面钙含量随注入电压增高而增大，钙元素分布均匀，以钙氧化合物形式存在，在缓冲溶液中能长期持续释放。体外细胞相容性实验结果显示，含钙PEEK表面可有效促进bMSCs的粘附、增殖和骨向分化，且与钙含量密切相关。 2.钽等离子体注入改性的PEEK浅表面形成含钽原位改性层，钽分布均匀，注入深度约为100 nm，表面的钽以五氧化二钽形式存在。钽注入不仅改善PEEK材料表面弹性恢复性能，且大幅提高表面弹性模量和纳米硬度，更接近人体皮质骨。体外细胞相容性实验结果显示，钽注入改性PEEK表面可有效改善bMSCs的粘附、增殖和骨向分化。动物实验评价亦证实注入钽的PEEK具有较佳的骨整合性，这也许与其表面成分和力学性质密切相关。 3.钛等离子体注入在CFRPEEK表面构建纳米颗粒和纳米多孔共存的多级纳米结构，孔深度可以达到800 nm。钛分布均匀，且以氧化钛形式存在，在孔内壁和底部形成氧化钛纳米颗粒。由于钛的注入，CFRPEEK表面弹性恢复性能得到大幅改善。体外细胞相容性实验显示表面结构可有效促进bMSCs粘附、增殖和骨向分化。此外，还观察到氧化钛纳米颗粒具有抗菌性。本研究提出此种多孔氧化钛纳米结构形成的相关物理模型，阐述了相关机理。 4.锌等离子体注入可在CFRPEEK表面构建孔径40～80 nm的纳米多孔结构，孔深达到1μm。锌以单质锌和氧化锌形式存在于孔结构表面，且分布均匀。锌的注入可改善CFRPEEK表面弹性恢复性能。体外细胞相容性实验表明，锌注入改性CFRPEEK表面无细胞毒性，但对成骨相关细胞的增殖和骨向分化无明显促进或抑制。此外，锌注入改性CFRPEEK表面对金黄色葡萄球菌具有一定抗菌性。 5.锌/氧协同注入可在CFRPEEK表面构建微米坑状结构和纳米颗粒共存的多级复合结构，此种含锌的复合结构可有效促进MC3T3-E1在材料表面的粘附和增殖。抗菌性评价实验结果显示CFRPEEK构建的复合结构对不同菌种细菌具有差异抗菌性，且对相同细菌的不同菌株也具有差异抗菌性。此外，锌/氧协同注入改性CFRPEEK表面能有效抑制感染性较强的成膜金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的增殖和成膜。