骨科临床上广泛采用的金属内植物材料（如钛合金、不锈钢）虽然具有较好的生物相容性,但由于其表现为生物惰性,在骨形成情况较差的环境下的固定后恢复周期较长,植入器械与骨界面的结合稳定性较差,在长期植入过程中容易发生松动。考虑到铜（Cu）作为人体中的必需微量元素,具有优异的杀菌功能,并可以调控血管生成和骨重建过程中的相关基因表达,本文作者所在课题组已开发出一种新型Ti-5wt.%Cu含铜抗菌钛合金,并证实其具有优异的综合机械性能、抗菌性能、促血管生成性能、促进骨整合性能和生物相容性。在此基础上,本文深入研究了 Ti-5wt.%Cu合金在骨质疏松症恶劣骨整合环境下的成骨性能,并进一步通过对其进行表面改性,系统研究了生物功能性硬质多层涂层的显微结构与其机械性能和生物功能的关系。本论文的工作内容和主要研究结论如下:（1）TiCu合金在骨质疏松动物体内的促进骨整合作用研究骨质疏松症是一种与增龄相关的骨科疾病,骨质疏松患者的骨强度下降,容易发生骨质疏松骨折（OPF）。骨质疏松骨折愈合困难,容易发生二次骨折,严重影响患者的生命安全及生活质量。本文首先构建原发性骨质疏松动物（卵巢切除大鼠）骨微环境,将TiCu合金螺钉植入到大鼠胫骨部位,并通过大体观察、Micro-CT显微成像（血管、骨组织）、生物力学分析、组织学观察,研究了 TiCu螺钉在骨质疏松环境中的促成骨作用及相关机制。研究结果表明,在骨质疏松骨中,TiCu螺钉植入4周后即可通过上调血管内皮生长因子（VEGF）表达,促进螺钉周围血管网络的重建。植入8周后则可以在新生血管网络的支持作用下,进一步促进成骨细胞的增殖分化和胶原矿化沉积,调节新生骨组织的空间分布,显著提高植入部位周围的骨密度（BMD）,提高螺钉植入的稳定性,加速在骨质疏松骨植入部位的骨整合,因而可降低植入后期发生无菌性松动的风险。（2）TiCu合金表面制备生物功能化TiCuN/ZrN多层膜硬质涂层研究TiCu合金作为一种骨科用金属植入材料,其在长期植入中会不可避免地面临摩擦和磨损问题,由此产生的磨损颗粒释放到周围组织中,易诱发炎症反应,破坏骨生长平衡,进而影响材料植入的稳定性,可能会导致进行翻修手术。TiCu合金已被证实具有优异的力学性能、抗菌性能、骨整合性能和生物相容性。为了进一步提升TiCu合金的耐磨性能,本文采用轴向磁场增强的脉冲偏压电弧离子镀系统（AMFE-AIP）,在TiCu合金表面沉积了三种由高硬度TiCuN、ZrN组成的多层膜结构。研究了 TiCuN/ZrN多层膜内单层膜尺寸由μm级逐渐过渡到nm级时,膜内单层膜的厚度变化与涂层显微结构的对应关系,深入分析显微结构对多层膜的强化作用、耐磨性能、Cu离子释放的影响机制。结果显示,在多层膜内部,相邻膜层间的原子呈共格/半共格排列,膜层内部存在垂直于膜层方向偏聚的“Cu钉/桥”结构。随着多层膜内单层膜厚度的减小,多层膜的强度先增高后下降,膜层的结合力增大,摩擦系数降低,磨损率下降,耐磨性能逐渐增强。除此之外,Cu离子释放量增多,涂层的抗菌性能和促细胞增殖性能均有所提高。综上所述,TiCu合金在骨质疏松环境下具有良好成骨性能和成血管性能。在其表面制备的TiCuN/ZrN多层膜涂层结构在不阻碍TiCu基体的Cu离子释放的前提下,还具有优异的综合力学性能、耐磨性能和生物功能特性,具有良好的应用前景。因此,本文对TiCu合金及其表面性能可按需调控的TiCuN/ZrN多层膜涂层的研究结果,为应用于恶劣植入环境的生物功能化植入器械设计开发提供了研究依据。