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目的:生物医用材料作为一类可用于诊断、治疗及修复人体组织器官的多功能性材料,其在临床上能否推广应用取决于是否能满足生物力学强、耐蚀好、以及是否具有良好的生物相容性等条件。钛及钛合金因具有密度小、强度高、无毒、良好的耐蚀性及生物相容性等诸多优势而成为应用最为广泛的医用金属材料。纯钛金属不具备抗菌能力,细菌容易在其表面粘附并定殖形成生物膜导致植入物周围炎症的发生,而在临床应用中植入物带来的相关感染有时也是难以控制的。因此,如何对纯钛进行合金化处理,使其本身具有抗菌性已成为研究的热点问题。Cu元素是构成人体必需的微量元素,也是组成多种酶的活性成分,参与机体内细胞代谢,可促进血管内皮细胞生长和早期骨的形成,具有抗菌作用。Cu可作为合金化元素添加在钛合金中,可发挥长期的抗菌性,前期研究发现含铜的质量分数为10%的钛铜烧结态合金即Ti-10Cu合金具有良好的抗菌性,但其耐蚀性及成骨性不足。钛铜合金耐蚀性能下降可导致Cu2+溶出增多,积累到一定量会引起细胞毒性。骨损伤修复中成骨是关键,植入材料是否利于成骨,是其生物相容性的指标之一,成骨性不足会影响骨整合能力,力学性能随之下降,可引起金属植入物过早出现松动,断裂失效等现象。因此如何提高钛铜合金的耐蚀性能和成骨性能是生物金属材料研究热点之一。微弧氧化（Micro-arc oxidation,MAO）是一种表面改性工艺,可在金属表面形成牢固的氧化陶瓷层,增加材料的耐蚀性;通过在电解溶液中加入钙、磷元素,得到含有钙和磷的氧化层,具有生物活性。Ti-10Cu合金经微弧氧化表面改性处理后,能否提高其耐蚀性及促成骨性,以及其抗菌性和生物相容性如何目前尚不得而知。本研究首次对烧结Ti-10Cu合金材料进行微弧氧化表面处理,通过材料性能检测,体内、外抗菌和生物相容性试验,组织学分析,分子生物学检测对其耐蚀性,抗菌性、生物相容性及促成骨性等进行了评价,以期为骨科临床应用提供一种良好的新型钛合金材料。研究方法:将烧结法制成Ti-10Cu合金切成薄圆片和棒状,在电压400 V、频率400 Hz、脉宽100μs和氧化时间3 min条件下进行微弧氧化,制成微弧氧化的Ti-10Cu,即Ti-10Cu（MAO）。在微弧氧化电解液中加入含钙、磷元素的电解质,提高材料的生物相容性及诱导成骨细胞分化的能力。第一部分分别通过X射线衍射（XRD）进行合金相组成的鉴定;利用扫描电子显微镜（SEM）检测样品的表面形貌;通过水接触角测定评价样品表面亲水性;通过铜离子溶出试验明确各金属样品Cu离子的释放量;以电化学实验评价合金材料在模拟人体体液环境下的耐蚀性;通过体内金属材料植入兔股骨感染模型和体外材料表面细菌培养平板涂布计数,探讨Ti-10Cu（MAO）样品的抗菌能力,计算抗菌率,评估其抗菌性;借助ELISA法检测C反应蛋白和IL-6等炎性因子,使用荧光定量PCR对IL-1、IL-6、IL-8、IFN-γ和TNF-α等炎性因子的m RNA检测,评估微弧氧化对Ti-10Cu合金抗菌性的增强作用。第二部分采用体内、外实验评价微弧氧化对Ti-10Cu合金生物相容性及促成骨性的影响。金属材料植入兔股骨髓腔,通过X-ray影像和HE染色观察Ti-10Cu（MAO）骨整合作用及生物相容性;通过ALP活性检测,结合ALP（碱性磷酸酶）染色和ARS（茜素红）染色评价Ti-10Cu（MAO）对诱导MG63细胞分化及骨形成能力的影响;通过MTT检测、细胞克隆增殖试验检测细胞增殖能力;利用免疫荧光、Western blot检测OPN,Runx2,cyclin D1,P21和P27,TRAIL、DR3、DR4、Caspase3及VEGFR等蛋白的表达情况,评价Ti-10Cu合金经微弧氧化表面处理对细胞的增殖能力、细胞毒性、细胞凋亡及血管内皮细胞形成和骨修复的影响。结果:1、材料性能检测结果 X射线衍射（XRD）观察显示:Ti-10Cu（MAO）存在三种不同的相,即α-Ti相,Ti2Cu和Ti O2相;扫描电子显微镜（SEM）检测可见合金表面涂层由大量熔融物聚集体组成,形成均匀分布的微米级放电孔洞,呈类似于“火山锥”的网格结构;水接触角测量显示:Ti-10Cu（MAO）组比Ti-10Cu组更具有亲水性,利于蛋白的吸附和细胞的初期粘附;铜离子溶出实验显示,Ti-10Cu（MAO）在生理盐水溶液中铜离子释放明显高于Ti-10Cu（p＜0.001）;电化学试验显示,Ti-10Cu（MAO）材料开路电位和自腐蚀电位均高于Ti-10Cu,自腐蚀电流密度低于Ti-10Cu,表明Ti-10Cu（MAO）材料比Ti-10Cu更具耐蚀性。2、抗菌性实验结果 体外抗菌实验结果:Cu、Ti-10Cu和Ti-10Cu（MAO）材料表面培养的金黄色葡萄球菌（S.aureus）和大肠杆菌（E.coli）菌落数量均明显少于Ti材料;抗菌率结果显示Ti-10Cu（MAO）对S.aureus和E.coli的抑菌率分别高达（99.34±0.04%）和（99.42±0.09%）。体内抗菌实验结果:各组金属棒材植入兔感染股骨髓腔大体观察结果显示:与Ti组比,Ti-10Cu组和Ti-10Cu（MAO）组能显著抑制感染;植入部位局部组织HE染色结果:Ti组观察到大量的炎性细胞浸润,而Ti-10Cu组和Ti-10Cu（MAO）组中仅观察到少量炎性细胞浸润;Ti-10Cu（MAO）组和Ti-10Cu组兔感染模型血液CRP,IL-6的表达明显低于Ti组（p＜0.05）,且Ti-10Cu（MAO）组两种因子的表达也低于Ti-10Cu组;荧光定量PCR检测结果显示,与Ti组相比,Cu组、Ti-10Cu组和Ti-10Cu（MAO）组材料植入部位周围软组织中IL-1、IL-6、IL-8、IFN-γ和TNF-α的mRNA表达均明显降低（p＜0.001）。3、生物相容性实验结果 促成骨性试验结果:各组材料植入兔股骨后90 d,X-ray片显示Ti-10Cu（MAO）组植入体/骨界面上结合良好,植入体无松动,周围骨质致密。表明Ti-10Cu（MAO）组的骨整合能力更强;Ti-10Cu（MAO）组浸提液作用于MG63细胞,其ALP的表达量明显高于Ti-10Cu组（p＜0.01）和Ti组（p＜0.001）;Ti-10Cu（MAO）组中矿化结节数量明显多于Ti-10Cu组;材料植入部位周围组织HE染色结果:Ti-10Cu（MAO）合金材料植入部位局部组织炎性细胞浸润与Ctrl组无明显差异,说明Ti-10Cu（MAO）植入后不会诱发机体明显炎症反应;MTT检测结果显示:Ti-10Cu（MAO）材料对细胞增殖能力影响与Ctrl组间没有明显差异;免疫荧光检测结果显示:Ti组、Ti-10Cu组和Ti-10Cu（MAO）组F-actin,Ki67蛋白的表达与Ctrl组相比差异不明显;Ti-10Cu（MAO）组VEGFR蛋白的表达量明显高于Ti-10Cu组;细胞克隆形成能力检测结果:与Ctrl组相比,Ti组、Ti-10Cu组和Ti-10Cu（MAO）组中的细胞克隆形成的数量没有明显差异;流式细胞仪细胞凋亡检测结果:与Ctrl组相比Ti-10Cu（MAO）组、Ti-10Cu组和Ti组细胞凋亡数差异不明显;细胞划痕试验显示:Ti组、Ti-10Cu组和Ti-10Cu（MAO）组细胞划痕间伤口愈合距离百分比与Ctrl组之间没有明显差异。提示Ti组、Ti-10Cu组和Ti-10Cu（MAO）组材料均对MG63细胞的迁移能力无影响;Westernblot检测结果表明:（1）骨形成相关蛋白OPN,Runx2蛋白检测结果显示:Ti-10Cu（MAO）组OPN,Runx2的表达量明显高于Ti-10Cu组;（2）细胞周期相关蛋白P21、P27及cyclin D1蛋白检测结果显示:与Ctrl组相比,Ti-10Cu（MAO）组的P21、P27蛋白及cyclin D1蛋白表达量均无明显差异;（3）细胞凋亡相关蛋白TRAIL、DR3、DR4及Caspase蛋白的检测结果显示:Ti-10Cu（MAO）组与Ctrl组之间无显著差异。（4）血管内皮细胞形成相关蛋白VEGFR蛋白检测结果显示:Ti-10Cu（MAO）组VEGFR的表达量明显高于Ti-10Cu组。结论:1、微弧氧化表面改性处理后的Ti-10Cu合金,增加了耐蚀性,改性后其表面的三维多孔粗糙形貌更加有利于成骨细胞的生长,增加了成骨性;2、微弧氧化表面改性可提高Ti-10Cu合金在体内外对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌能力;3、Ti-10Cu合金微弧氧化表面改性后无细胞毒性,不影响细胞增殖,细胞周期及细胞凋亡,具有良好的生物相容性。