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为了解决目前常用牙种植体缺少牙周组织结构的问题,本文采用仿生法在钛表面快速构建类牙周组织结构。首先利用微弧氧化(MAO)技术在钛表面制备含钙磷多孔活性涂层,以此来仿牙骨质结构,随后采用微波水热处理在微弧氧化涂层表面原位形成柔性羟基磷灰石(HA)纳米线,以此来实现类牙周膜纤维束的桥接作用。在钛表面形成类牙周组织多层结构:钛/MAO涂层/柔性HA纳米线,实现MAO涂层与HA纳米线间的界面锚接结构的构建,利用柔性HA纳米线建立类牙骨质与牙槽骨间的桥接关系。采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM),傅立叶变化红外吸收光谱(FT-IR),X射线光电子谱(XPS),电感耦合等离子体质谱仪(ICP-OES),pH计,纳米压痕,万能力学实验机等分析手段来研究对微波处理对微弧氧化涂层表面结构,HA纳米线的形成,力学性能,磷灰石诱导能力,抗菌能力和细胞行为的影响。通过动物植入实验,采用X射线影像,Micro-CT,硬组织切片染色分析,扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS),万能力学试验机对三种不同微米/纳米复合结构的钛种植体在体内的骨整合能力和界面结合状态进行评价。为了制备类骨质结构的生物活性涂层,在EDTA-2Na,Ca(CH3COO)2·H2O,Ca(H2PO4)2·H2O,NaSiO3·9H2O,NaOH和H2O2的基础电解液中,成功在纯钛表面制备含钙磷硅钠多孔涂层,主要由含钙磷的非晶态结构和少量锐钛矿型二氧化钛相组成。随着电解液中Ca(CH3COO)2·H2O含量的增加,涂层内Ca和P元素含量反而降低。此外,在电解液中加入Zn(CH3COO)2后,涂层主要由锐钛矿型,金红石型二氧化钛相和非晶结构组成。同时,涂层内Ca和P元素含量明显降低。为了制备类牙周膜纤维束的纳米线结构,利用微波水热处理在MAO涂层表面成功构建3种不同纳米结构:HA纳米棒,HA纳米棒和Na0.23TiO2纳米片,Na0.23TiO2纳米片。随着微波水热温度,微波水热时间和NaOH浓度的增加,涂层表面的HA纳米棒数量先增加后减少。而Na0.23TiO2纳米片数量随之增加,由于氢氧根离子与二氧化钛相之间的反应加剧。根据HA晶体形成的热力学和动力学计算结果可知,由于涂层内Ca和P含量大幅度降低,导致HA晶体形核困难。同样地,引入Zn元素后,导致涂层内Ca和P元素含量的降低,从而导致在微波水热处理中涂层表面形成HA纳米线变得困难。MAO涂层经微波水热处理后,涂层表面粗糙度,润湿性,表面能,Zeta电位和表面电势显著提高,且表面弹性模量和硬度显著降低,是由于涂层表面形成大量的HA纳米棒或Na0.23TiO2纳米片。此外,当NaOH浓度少于等于0.5 mol/L时,涂层与基体间的界面结合强度没有明显降低。在0.01 mol/LNaOH溶液中微波水热处理的涂层表面形成的HA纳米线具有很好的柔性特征。对MAO涂层进行微波水热处理后,涂层表面的磷灰石诱导能力得到显著增强,一方面,HA晶体与磷灰石存在很好的晶体学匹配性,可为磷灰石在涂层表面沉积形成提供更多的形核能,另一方面,涂层表面的HA晶体发生溶解,提高涂层与溶液界面处的Ca2+和PO43-离子浓度,从而促进磷灰石的形成。此外,微波水热处理的涂层表面的细胞粘附,细胞繁殖,ALP活性,蛋白质吸附和基因表达能力都显著增强。同时,含锌MAO涂层经微波水热处理后,抗菌能力显著增强,是由于涂层表面Zn元素含量的增加。微波水热处理的微弧氧化钛种植体植入兔胫骨16周后,体内相容性表现良好,种植体周围形成大量的新骨组织,几乎没有软组织,具有很高的界面结合力,表现出优异的骨-种植体界面结合状态。拔出种植体后表面残留大量的骨组织,且断裂位置既发生在骨一侧,也发生在涂层一侧,表现出优异的骨整合能力。同时,在0.01 mol/LNaOH溶液中微波水热处理的MAO钛种植体表面形成的HA纳米线一端联接在涂层表面,另一端联接在骨组织上,利用柔性HA纳米线实现类骨质结构涂层与骨组织之间的桥接作用,实现了仿生牙周组织结构的目的。综上所述,微弧氧化和微波水热处理技术成功在钛种植体表面构建类牙周组织结构的三层结构:钛/MAO涂层/柔性HA纳米线,具有优异的骨整合能力。