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碳/碳(C/C)复合材料是一种具有良好生物相容性的医用骨科植入材料,其表面疏水,属于生物惰性材料,直接植入生物体内易产生碳磨损颗粒。为了使C/C复合材料具有生物活性并减少碳磨损颗粒产生,需在其表面制备具有仿生结构的生物活性涂层。本文为提高C/C复合材料表面生物活性,根据C/C复合材料与人体组织接触区域和植入体用途的不同,分别制备了具有生物活性的软质和硬质涂层,以适应具体的应用要求。软质涂层制备是首先在双氧水改性后的C/C复合材料表面制备具有良好结合强度的胶原(COL)过渡涂层,再在其表面制备具有三维仿生结构的胶原/纳米羟基磷灰石(COL/nHA)支架涂层。硬质涂层制备是在C/C复合材料表面制备枝接有Arg-Gly-Asp(RGD)多肽的类石墨碳(GLC)涂层。主要研究内容和结论如下:采用混合酸氧化和双氧水氧化改性方法对C/C复合材料表面进行功能化处理。结果表明,混合酸氧化改性方法可以大幅提高C/C复合材料表面润湿性,表面接触角可达到26.3±4.5°,并生成了大量含氧官能团。但是改性后的C/C复合材料表面出现了热解碳基体剥落现象和S元素残留等问题,限制了该方法改性后基体的进一步应用。双氧水氧化改性方法同样可以改善C/C复合材料表面润湿性,表面接触角可达到65.3±8.4°。虽然不能像混合酸氧化改性方法那样大幅改善C/C复合材料表面润湿性,但C/C表面依然生成了羟基(C-OH)、羧基(COOH)和羰基(C=O)等含氧官能团,而且这种温和的表面功能化方法并没有对C/C复合材料产生损伤。相较于未改性的C/C复合材料表面,小鼠成骨细胞(MC3T3-E1)在双氧水氧化改性C/C(H-C/C)复合材料表面的黏附和增殖能力均增强。通过对MC3T3-E1成骨细胞在C/C和H-C/C基体表面细胞形貌观察进行对比分析,发现C/C复合材料表面孔隙中残留的空气会对成骨细胞的黏附有一定的抑制作用。双氧水氧化改性改善了C/C复合材料表面润湿性,有利于MC3T3-E1成骨细胞向其表面孔隙内部生长。采用自然干燥法在H-C/C复合材料表面制备不同初始pH值的软质COL过渡涂层,并分别使用碳二亚胺(EDC)和真空热交联(DHT)交联提高COL涂层与基体结合强度。结果表明,不同初始pH值的COL涂层均与H-C/C基体具有良好的结合强度,同时MC3T3-E1成骨细胞在所有的COL涂层表面都有良好的细胞黏附和增殖情况。DHT交联可以有效提高COL涂层与基体结合强度,而EDC交联则无法提高甚至会影响COL涂层和H-C/C基体的稳定结合。其中当初始pH值为2.5时,COL涂层与H-C/C基体结合强度可以达到8 MPa,进一步经过DHT交联后,交联温度105°C,交联时间2天,COL涂层与H-C/C基体结合强度可以提高50%,达到12 MPa以上。采用冷冻干燥方法在软质COL过渡涂层表面制备COL/nHA多孔支架涂层,并种植MC3T3-E1成骨细胞研究支架涂层的生物活性和矿化诱导能力。结果表明,当胶原和纳米羟基磷灰石(nHA)质量浓度比为1:3时,COL/nHA支架涂层在压缩应变为50%时,压缩强度可达到52.2 KPa。另外,MC3T3-E1成骨细胞在COL/nHA支架涂层中良好的黏附和增殖,并在矿化诱导培养第2到3周期间出现COL/nHA支架涂层中活细胞数量处于动态平衡的情况。其原因是COL/nHA支架涂层中的成骨细胞处于不同的细胞状态,包括增殖、分化和凋亡。与此同时COL/nHA支架涂层内部还出现了细胞外基质重构现象,并出现了纳米颗粒和纳米纤维交错的类骨组织形态结构。采用非平衡磁控溅射方法在C/C复合材料表面制备硬质GLC涂层,使用双氧水氧化改性方法对其进行改性和枝接RGD多肽。结果表明,GLC涂层和C/C基体之间具有良好的匹配,不需要引入过渡层来改善两者之间的结合。使用双氧水在40°C改性1小时候后,GLC涂层表面生成大量含氧官能团,表面润湿性大幅提高,其表面接触角可达到27.2±2.8°。将RGD多肽枝接到改性后的GLC涂层表面后,涂层的生物活性大幅提高,MC3T3-E1成骨细胞在其表面的黏附也显著增强。