人工髋关节置换已成为治疗各种严重髋关节疾病的重要方法,但现代人工髋关节假体置换依然面临很多问题,最终导致手术的失败,其中,置换术后假体的无菌性松动最为突出。尽管已经通过使用各种新技术或新材料进行改善,如钴铬合金(CoCr)、陶瓷、黑晶等,但依然各有缺点。目前认为,材料磨损及骨长入失败是导致无菌性松动的主要原因。因此,降低假体摩擦界面的磨损,加强假体的骨整合能力可以改善关节假体的性能,延长假体寿命。本研究中,我们使用磁控溅射技术在医用钛合金及钛合金球头表面沉积具有交替碳层和C-Ti复合层的纳米多层膜,称为“a-C/a-C:Ti纳米多层膜”(a-C NM膜),或“碳基纳米多层膜”。我们对镀膜钛合金材料进行了体外细胞毒性试验,兔体内植入试验;使用镀膜钛合金球头和CoCr球头进行了犬的全髋关节置换试验并随访。实验结果显示,与未镀膜钛合金相比,镀膜钛合金材料无明显细胞毒性,体内及体外生物相容性良好。犬全髋关节置换术后两年,从假体周围软组织中分离出的聚乙烯磨损颗粒在两组中显示出相似的大小,形状和数量(所有P值均>0.05)。观察发现,取出的股骨头表面粗糙度轻度变化,但各组之间无统计学差异(P=0.696)。然而,全身金属离子分析表明,镀膜钛合金球头组中Co和Cr离子的释放量显著低于CoCr组(P<0.005)。CoCr组假体周围组织的组织学分析显示组织细胞反应比镀膜组更严重(P=0.029)。头锥接合界面在CoCr组中显示出轻度电偶腐蚀痕迹,但在镀膜钛合金组中没有观察到。本研究采用凝胶注模和二次烧结技术制备了多孔钛合金。通过控制添加到合金粉末中间隔颗粒的数量和尺寸,可以制造具有不同孔隙率和孔径的多孔合金。我们对新烧结工艺制备的多孔钛合金的机械性能、生物学性能及成骨能力进行了体外和体内研究。并对不同孔隙率的多孔钛、3D打印多孔钛进行了对比。另外,我们还制备了一种全多孔钛合金髋臼杯,进行了有限元分析及犬的全髋关节置换试验,并与传统的羟基磷灰石(HA)涂层臼杯对比。结果显示,多孔钛具有良好的机械性能,足够的抗压缩强度和较低的弹性模量,生物相容性和成骨能力良好,使得这种多孔合金在生物医学有良好的应用前景。与50%孔隙率相比,孔隙率为75%的合金具有更好的力学性能,合适的孔径和孔隙率,使更多的骨长入。与3D打印技术相比,烧结工艺制备的75%孔隙率的多孔钛微观结构和机械性能与松质骨更相似,没有明显的应力屏蔽,并且可以更有效地实现植入后的早期稳定性。犬全髋关节置换术后一年,与HA涂层臼杯相比,多孔钛杯表现出良好的生物相容性和成骨能力,micro-CT和组织病理学结果显示多孔组骨骼向内植入物内部生长较多,骨-种植体接触率较高。因此,采用新型烧结技术制造的犬全多孔钛合金髋臼杯可以提供足够的空间和足够的机械支撑,对骨骼向内生长没有明显的应力屏蔽效应。与传统的HA涂层杯相比,多孔杯可以更有效地实现体内稳定性。综上所述,镀膜钛合金生物相容性良好,镀膜钛合金球头有良好的体内摩擦磨损性能,释放更少的有害金属离子,引起的组织反应更轻微,可作为人工髋关节股骨头的良好选择;烧结多孔钛合金及全多孔钛合金臼杯生物相容性、机械性能及成骨能力良好,可作为人工髋关节臼杯的良好选择。因此,镀膜球头与多孔钛臼杯的应用有助于降低假体无菌性松动的风险,延长假体的寿命。