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先进生物医用金属材料是国家中长期科学和技术发展的优先主题。本文以制备生物医用钛基材料为研究背景，采用“高能球磨（机械合金化）-冷压烧结”方法制备了Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn(TNZS)、5wt.％ TiO2/TNZS和5wt.％ HA/TNZS生物医用材料，并对其微观组织、基础理化性能、力学性能、摩擦学性能、体外组织相容性及体外血液相容性进行研究。所开展的工作与取得的创新成果如下: 研究了TiO2和HA的添加对TNZS混合粉末及烧结体的微观组织、物相、孔隙特征的影响。研究表明:经48 h高能球磨后的TNZS、TiO2/TNZS及HA/TNZS混合粉末都发生一定程度的机械合金化;烧结后TNZS的相组成为α-Ti和β-Ti，TiO2/TNZS的相组成为α-Ti、β-Ti、金红石TiO2和锐钛矿TiO2，HA/TNZS的相组成除α-Ti、β-Ti、HA外，还有Ti2O、CaTiO3、CaO和TixPy新相生成;三种TNZS基生物材料的面成分均匀，但局部区域成分及各相晶粒尺寸不均匀;三种TNZS基材料孔隙率分别为2.466％、5.030％和13.027％，大多属于小尺寸孔隙。 研究了TNZS、TiO2/TNZS及HA/TNZS生物钛基材料的基础理化力学性能。研究表明:三种TNZS基材料的表面粗糙度分别为0.1829μm、0.2203μm和0.3610μm，HA/TNZS的表面粗糙度最高;三者的显微硬度均值分别是525.43HV、551.23HV和479.27 HV，TiO2/TNZS的显微硬度均值最高;TNZS和TiO2/TNZS的抗腐蚀性能优于HA/TNZS（自腐蚀电位-0.4692 V、-0.0891V和-0.5606 V，腐蚀电流密度9.66×10-8 A/cm2、6.02×10-7 A/cm2和1.16×10-6 A/cm2）;TNZS、TiO2/TNZS和HA/TNZS的弹性模量分别为64.00 GPa、103.93 GPa和119.43 GPa。 研究了TNZS、TiO2/TNZS与HA/TNZS生物钛基材料在干摩擦与人工体液条件下的摩擦学行为。研究表明:在干摩擦条件下，三者的摩擦系数分别是0.4323、0.5643和0.4338，平均磨痕宽度分别是0.33 mm、0.26 mm与0.18 mm，TiO2/TNZS和HA/TNZS生物材料的耐磨性要优于TNZS;在人工体液条件下，三者的摩擦系数分别是0.3309、0.4301和0.3840，平均磨痕宽度分别是0.27mm、0.19mm与0.17mm，TiO2/TNZS和HA/TNZS生物材料的耐磨性仍优于TNZS，而三者在人工体液条件下的摩擦系数与磨损程度都显著低于干摩擦下的摩擦系数与磨损程度。 研究了TNZS、TiO2/TNZS及HA/TNZS生物钛基材料的体外组织相容性。研究表明:三种TNZS基生物材料均无细胞毒性，满足医用植入材料的毒性安全要求;TiO2/TNZS和HA/TNZS表面在1d、3d、5d和7d的细胞相对增殖抑制率CPIR值大幅低于TNZS组，TiO2和HA的添加显著提高了TNZS材料表面的细胞增殖速度，增强了其细胞增殖能力，更有助于诱导成骨细胞的体外增殖;三种TNZS基材料表面贴附的成骨细胞伪足伸展状态良好，而TiO2/TNZS表面贴附的成骨细胞分布更加均匀。 研究了TNZS、TiO2/TNZS及HA/TNZS三种生物钛基材料的体外血液相容性。研究表明:三种材料的溶血率分别是1.951％、0.742％和0.852％，不会出现急性溶血;TiO2/TNZS的动态凝血时间曲线变化相对最缓慢，抗凝血性能最优;TiO2/TNZS表面能有效抑止血小板贴附与变形，体外血液相容性最优，HA/TNZS能减轻血小板贴附和聚集的程度，体外血液相容性较好。 本文研究结果首次发现，TiO2与HA的添加能大幅提升TNZS合金的基础理化性能、力学性能、摩擦学性能、体外组织相容性以及体外血液相容性，为研制新一代医用生物钛基材料提供了科学依据。