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第一部分 贻贝类生物仿生肽的合成及在多种骨科植入材料表面的改性应用目的:合成可生物正交的贻贝生物仿生肽,并研究其在多种固体材料表面改性中的应用可能。方法:基于标准的芴甲氧羰酰的固相肽合成策略合成含有二苯并环辛炔（Dibenzocyclooctyne,DBCO）功能团的贻贝生物仿生肽DOPA4-DBCO。在各种固体材料的表面,如聚苯乙烯片（制作细胞培养皿的材料）、玻璃片、不锈钢片及骨科临床常用的钛金属片和聚醚醚酮片,使用DOPA4-DBCO来进行表面改性,分析其对材料表面特性的影响。结果:贻贝生物仿生肽DOPA4-DBCO成功合成,并且通过简单浸泡即可成功固定在各种材料表面,且明显增加了材料的表面粗糙度,改善了材料的亲水性。结论:采用贻贝类仿生肽DOPA4-DBCO可以简便、快速和高效的对多种固体材料进行表面改性来增强其生物相容性,为进一步通过叠氮-炔环生物正交技术负载功能多肽,实现骨科植入物的功能化表面生物工程提供基础。第二部分 基于生物正交负载多种功能肽的DOPA4-DBCO功能化表面改性骨科材料应用目的:探讨基于生物正交技术负载多种功能肽的DOPA4-DBCO功能化表面改性骨科材料的效果。方法:首先合成含有叠氮化物基团的RGD序列多肽（Azide-RGD）、成骨多肽（Azide-osteogenic growth peptide,Azide-OGP）和抗菌肽（Azide-antimicrobial peptide,Azide-AMP）,分别枝接于已DOPA4-DBCO功能化的钛片表面（DOPA4@RGD）、聚醚醚酮（PEEK）片表面（DOPA4@OGP）和组织培养用聚苯乙烯（Tissue culture polystyrenes,TCPs）片表面（DOPA4@AMP）获得负载不同功能肽的材料。通过在不同表面处理的钛片上培养大鼠骨髓间充质干细胞（Rat bone marrow-derived mesenchymalstemcells,rBMSCs）观察其对材料细胞黏附影响;通过在不同表面处理的PEEK表面种植rBMSCs并在成骨诱导培养基培养,观察其对材料促间充质干细胞成骨向分化的影响;通过在不同表面处理的TCPs表面种植细菌培养观察其对材料抗菌性的影响。结果:与PBS处理和单纯表面负载DOPA4-DBCO的钛片相比,DOPA4@RGD钛片能显著促进rBMSCs细胞在钛片上的黏附和生长;与PBS处理和表面单纯负载DOPA4-DBCO的PEEK相比,DOPA4@OGP负载后的PEEK能显著促进rBMSCs细胞的成骨向分化和矿化;与PBS处理和表面单纯负载DOPA4-DBCO的TCPs相比,负载DOPA4@AMP的TCPs具有明显杀菌效果。DAPI染色观察不同表面改性TCPs的细菌粘附情况,结果发现与其他两组相比,DOPA4@AMP组能明显抑制三种细菌的粘附。结论:贻贝类仿生肽DOPA4-DBCO通过简单浸泡即可在材料表面构建功能性生物活性涂层,通过生物正交技术负载不同功能肽能够进一步有效地提高材料的促细胞粘附性能、促成骨分化和抗菌潜能,在骨组织再生和骨科内植物表面改性领域具有很大的应用潜能。第三部分 基于生物正交负载BMP-2多肽的贻贝仿生肽Azide-DOPA4改性PEEK表面的成骨应用目的:探讨基于生物正交技术负载BMP-2多肽（BMP2p）的Azide-DOPA4表面改性聚醚醚酮（Polyetheretherketone,PEEK）材料的骨整合效果。方法:首先合成含有二苯并环辛炔（Dibenzocyclooctyne,DBCO）功能团的BMP-2多肽（BMP2p）和含有叠氮化物基团的贻贝类仿生肽Azide-DOPA4。在PEEK表面形成Azide-DOPA4涂层后,基于生物正交技术负载BMP2p后得到DOPA4@BMP2p表面改性的PEEK。通过扫描电子显微镜、原子力学显微镜、水接触角和X射线正电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）等测定方法对各种改性PEEK进行了结构表征与性能研究。通过DBCO-Cy5标记Azide-DOPA4,观察Azide-DOPA4改性后在PEEK材料上的分布。进一步通过合成含有绿色荧光的BMP2p-FITC,观察BMP2p-FITC是否能够通过生物正交更好的负载于Azide-DOPA4预处理后的PEEK材料上。体外实验部分:将大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）接种于普通或经表面改性的PEEK材料上,成骨诱导培养后,行碱性磷酸酶（ALP）染色、ALP活性定量分析和茜素红S染色来探究其是否能促rBMSCs成骨向分化。提取细胞mRNA行qRT-PCR实验,检测成骨相关基因水平。体内实验部分:我们构建了大鼠颅骨极限大小骨缺损（直径:5mm）模型并植入经不同表面改性处理的PEEK材料。术后8周收集大鼠颅骨样本,通过Micro-CT和硬组织切片染色观察颅骨缺损的恢复情况。结果:Azide-DOPA4与BMP2p均成功负载在PEEK材料表面,且明显增加了 PEEK材料的表面粗糙度、改善了材料的亲水性。XPS和BMP2p-FITC负载实验结果显示DOPA4@BMP2p修饰的PEEK材料表面含有更多的BMP2p,提示Azide-DOPA4修饰后PEEK材料表面能够通过生物正交技术结合更多的BMP2p。体外实验结果显示rBMSCs可以正常在不同表面处理的PEEK材料上生长和成骨向分化。与培养在PBS组PEEK材料上的细胞相比,成骨诱导5天后BMP2p组和DOPA4@BMP2p组细胞ALP染色阳性和ALP活性均明显增高;成骨诱导21天,DOPA4@BMP2p组茜素红染色阳性率明显高于其他三组材料。qRT-PCR结果显示,成骨诱导7天后,DOPA4@BMP2p组的rBMSCs成骨相关基因β-catenin、COL1A1及BMP-2基因的表达水平均较其他三组明显上调。体内实验部分,Micro-CT检查提示,与PBS组及未植入材料的空白组相比,植入Azide-DOPA4表面修饰材料组的骨缺损区域骨密度（BMD）和新生骨体积分数（BV/TV）略有提升,但无统计学差异,而BMP2p组和DOPA4@BMP2p组则显著增高。与BMP2p组相比,DOPA4@BMP2p组BV/TV更高,且差异有统计学意义。H＆E染色和Masson组织化学染色结果与Micro-CT结果一致,BMP2p组和DOPA4@BMP2p组具有较好的促骨形成效果,且DOPA4@BMP2p组具有更好的骨整合效果。结论:采用贻贝类仿生肽Azide-DOPA4可以简便、快速和高效的对PEEK材料进行表面改性,而进一步通过生物正交技术负载BMP2p肽能更明显的提高骨科医用PEEK材料的生物相容性与生物功能性,增强PEEK材料与骨组织的骨整合,这为PEEK材料能进一步应用于创伤和组织工程支架等领域提供了理论和实验依据。