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为赋予金属骨植入体更良好的生物学性能，增强其与骨组织间的结合，需要在其表面制备生物涂层。利用等离子喷涂技术在钛合金等表面制备的硅酸钙基陶瓷涂层兼具良好生物活性和优良力学性能（特别是结合强度），通过Mg2+、Zn2+和Sr2+等掺杂还可以赋予其更好的稳定性和生物相容性。生物活性离子改性对硅酸钙基涂层的生物学性能产生重要影响并表现出差异性，但目前缺乏对该差异性原因的理解。因此，本文采用等离子喷涂技术制备了化学组分、表面形貌相近的Ca2MgSi2O7、Ca2ZnSi2O7和Sr-CaSiO3涂层，研究涂层中Mg2+、Zn2+和Sr2+掺杂对成骨细胞行为的影响。此外，从仿生角度考虑，理想的骨植入体应具备与天然骨组织相似的微米/纳米多级结构。基于此，本文又采用等离子喷涂技术并结合水热处理方法，制备了具微米/纳米表面结构的Mg2+、Zn2+和Sr2+掺杂硅酸钙基生物涂层，研究材料学因素（生物活性离子和表面形貌）对成骨相关细胞行为的影响，并揭示其诱导BMSCs成骨分化的分子机制。 (1)通过控制粉体组分与喷涂工艺参数，制备出具有相同钙硅比、Mg2+/Zn2+/Sr2+离子掺杂量和相近粗糙度、结晶度的Ca2MgSi2O7、Ca2ZnSi2O7和Sr-CaSiO3涂层，研究涂层中Mg2+、Zn2+和Sr2+掺杂对成骨细胞行为的影响，并考察其差异性。Ca2MgSi2O7涂层表面细胞增殖最明显，细胞能够生成较多丝状和片状伪足牢固地粘附于材料表面。Ca2ZnSi2O7涂层显著上调表面细胞内COL-Ⅰ和ALP蛋白与基因表达，可促进细胞早期分化。Sr-CaSiO3涂层能较大程度地提高表面细胞内OPN和OC基因表达以及矿化结节生成，可促进成骨细胞矿化。 (2)为考察锶掺杂硅酸钙涂层中硅和锶离子对其促成骨行为的组合作用，制备了β-CaSiO3(β-CS)、α-CS、β-CaSiO3-Sr(β-CS-Sr)和α-CS-Sr粉体，并采用等离子喷涂技术制备了相应涂层。α-CS-Sr涂层中释放的锶离子和有限释放的含硅离子，显著促进细胞增殖、刺激细胞PKC和ERK1/2磷酸化表达，促进细胞进入S期（DNA合成期）和G2-M期(DNA合成后期)，同时促进细胞分化。其中，有限释放的含Si离子(1/16和1/32 mM)，能够显著降低细胞培养液中pH值，提高细胞增殖速率。释放的锶离子(1mM)，能够促进细胞进入S期和G2-M期，加快细胞周期进程。 (3)通过水热法制备具有纳米表面结构的锶掺杂硅酸钙涂层(Sr-NT-CS)，将CS涂层和具有相似纳米表面结构CS涂层(NT-CS)作为对照组，研究纳米表面结构与锶离子掺杂对BMSCs成骨分化的组合影响。结果显示，纳米结构能够刺激细胞膜表面Integrinβ1表达，提高细胞在涂层表面铺展能力，促进胶原分泌。Sr2+掺杂能够提高ALP活性和矿化结节生成，促进细胞成骨分化和矿化。另外，Sr2+掺杂能够下调IL-6表达和抑制RANKL/RANK体系，抑制BMSCs破骨分化。RT-PCR结果表明，Sr2+可通过与细胞膜表面钙敏感受体CaSR相互作用，与纳米结构共同影响细胞核转录因子Runx2表达，进而提高成骨相关基因BMP-2、BSP、OPN和OCN表达，最终促进BMSCs向成骨细胞分化。 (4)以不同浓度Sr(NO3)2溶液为水热介质，采用水热法在CS涂层表面制备具纳米线表面结构的含锶硅酸钙基涂层(NW-Sr-CS)，将CS涂层、纳米片表面结构CS涂层(NP-CS)和纳米线表面结构CS涂层(NW-CS)作为对照组，研究NW-Sr-CS涂层炎症反应与促成骨分化能力。具纳米线结构的涂层上调RAW264.7细胞中抑炎症因子IL-1ra和IL-10表达，促使RAW264.7细胞向抑炎症表型（M2型）转化。Sr的引入有效地下调RAW264.7细胞中炎症因子TNF-α、IL-1β和IL-6表达，进一步促进RAW264.7细胞向M2型转化，其中NW-Sr2-CS涂层促进效果最为显著。具纳米线结构的涂层拥有更高比表面积和孔容，能够吸附更多血清蛋白和特异性蛋白FN，能够刺激Integrin以及下游Vinculin和FAK基因表达表达，提高BMSCs铺展能力，提高ALP活性和矿化结节生成。Sr2+可通过与CaSR相互作用，刺激下游PKC和ERK1/2蛋白磷酸化表达，与纳米结构共同影响Runx2表达，进而提高成骨相关基因ALP和OCN表达，可诱导BMSCs向成骨细胞分化。同样地，以不同浓度Mg(NO3)2或Zn(NO3)2溶液为水热介质，可以在CS涂层表面制备具纳米表面结构的含镁硅酸钙基涂层(Mg-CS)或含锌硅酸钙基涂层(Zn-CS)。Mg或Zn的引入均能显著上调抑炎症因子表达，促使RAW264.7细胞向M2型转化，有利于创建良好的微环境，促其成骨分化。