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采用微纳结构表面改性技术是加快金属植入体与宿主骨界面处组织生长(骨整合)的有效手段。TiO2纳米棒是一种优良促进细胞响应性的材料,理解其本质对材料设计具有重要指导意义。本论文以表面羟基状态为切入点,以H2Ti3O7作为TiO2羟基化合物的模型,以Ta2O5作为与TiO2具有相似电负性金属(～1.5)不同羟基变化能力的氧化物为参照物,研究TiO2纳米棒微纳结构的羟基状态及其变化对细胞响应的影响以及促进细胞成骨的作用机制。本文主要取得了以下两个方面的研究结果:1.TiO2纳米棒羟基状态与其生物响应性采用水热法和后酸处理,在Ti基板上获得了 H2Ti3O7纳米棒,再经500 ℃热处理可获得形貌相似的TiO2纳米棒。XPS结果表明,两种纳米棒表面羟基数量基本相似,但羟基状态不同。TiO2纳米棒表面具有较高的端羟基比例(0.75),对白蛋白(BSA)和纤粘蛋白(FN)具有良好的吸附能力,同时前成骨细胞在其上生长表现出良好粘附、增值和促进后期成骨分化能力。而H2Ti3O7纳米棒表面具有较低的端羟基比例(0.42,即较高桥羟基比例),在SBF中具有较快的矿化能力,对BSA和FN也具有良好的吸附能力,较强的促进早期成骨分化能力。因此,端羟基比例高有利于细胞的粘附、增值行为和后期的细胞分化行为,而桥羟基比例高则有利于细胞的早期分化。2.TiO2纳米棒表面羟基变化与其生物响应性采用水热法在Ta基板上制备了形貌相似的TiO2和Ta2O5纳米棒。XPS表明,TiO2和Ta2O5纳米棒表面羟基总数量和种类基本相同。TiO2和Ta2O5纳米棒在生理环境中(pH=7.4)也具有相似的zeta电位(～-50mV),但TiO2表面羟基的zeta电位与pH变化具有更快的响应性,这意味着TiO2纳米棒表面羟基具有更高的去质子化速率。FN在TiO2与Ta2O5纳米棒表面吸附状态不同,有类似的协同位点暴露量,但RGD位点暴露量不同。前成骨细胞在TiO2上显示有更好的铺展状态,成骨相关基因和蛋白上调。其原因为:TiO2纳米棒表面羟基去质子速率高,表面极性变化容易,为FN吸附提供了更多的结合位点,使FN吸附结构更加紧凑,利于与细胞整合素的结合,有效激活成骨信号通道,促进细胞的成骨分化。本文从不同角度理解生物活性氧化物表面羟基的生物效能,其对生物材料表面设计、提高植入体骨整合具有重要的指导意义。