钛及钛合金植入体由于优越的机械性能和良好的生物相容性是骨和口腔种植学中最常用的材料。然而钛植入体表面的生物惰性导致植入体与组织的骨整合差,易引发植入体松动和移位,缩短了植入体的使用寿命。尤其在骨质疏松症病理条件下,该缺陷表现得尤为明显。因此,优化钛基植入体表界面性能,并探究植入体表界面调控细胞代谢和分化的相关分子机制对开发新型钛植入体有重要的临床意义。鉴于此,本论文融合了微弧氧化技术及简易的水热法在钛基材料界面构建了系列功能微纳米结构,调节干细胞的生物学行为,促进其成骨分化,并对其体内外的生物学响应机制进行了初步评估,为新型功能钛基植入体的开发奠定了实验及理论基础。主要内容如下:1.仿生硅钛复合结构氧化层对骨髓间充质干细胞（MSCs）自噬的激活及促进其成骨分化效应研究骨科植入材料的表面结构和模量等特性对其骨整合性能起到重要的调控作用。本章利用微弧氧化技术将不同尺寸的硅纳米颗粒（SSN）引入到钛表面,成功构建了一系列具有不同弹性模量的硅钛复合氧化层（记为Ti-SSNs）,并研究了该氧化层对MSCs成骨分化的调节机制。通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、原子力显微镜（AFM）、纳米机械测试仪（NTI）和接触角测试等实验结果表明,仿生硅钛复合氧化层成功制备,硅纳米颗粒引入到钛表面显著降低钛表面弹性模量（约6.7 GPa,接近骨组织模量）。体外实验表明,Ti-SSNs能够显著刺激Yes相关蛋白（YAP）的表达与核定位。YAP/TAZ又进一步抑制MSCs中AKT和m TOR蛋白的磷酸化,有助于LC3-II蛋白（组成自噬体的关键蛋白）高表达,提高自噬水平从而促进其成骨分化。2.钛表面微纳米镁/镓（Mg-Ga）双金属氧化物（LDO）促骨质疏松性骨折修复的研究在骨质疏松症的病理条件下,微环境低pH严重影响MSCs的代谢和骨形成/吸收平衡。基于此,本章利用水热处理法在钛植入体表面（AT）上制备了系列Mg/Ga-LDO涂层（标记为AT-x Mg/y Ga）,旨在调控骨质疏松性骨折微环境的p H值,调节干细胞代谢从而提高其成骨能力。扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射等实验结果表明,Mg/Ga-LDO涂层成功构建。此外,离子释放和界面p H测定实验结果表明,AT-Mg/Ga的涂层具有良好的稳定性,使得钛基界面具有稳定的碱性微环境（p H 8.5）。体外细胞实验证实,AT-Mg/Ga能显著促进MSCs的自噬活性和诱导其成骨分化,同时抑制破骨细胞的生成。体内实验进一步证实,AT-Mg/Ga植入体能够显著促进新骨生成。3.钛基界面类酶活性Bio-MOFs涂层对MSCs线粒体功能修复及骨质疏松性骨折愈合效应研究高浓度活性氧（ROS）是骨质疏松症的典型特征之一。过度的氧化应激将导致MSCs功能障碍,从而诱导MSC衰老,严重破坏其成骨潜能。基于此,本章利用对苯二膦酸盐（PXBP）与Ce/Sr离子的配位作用,在钛表面原位构建具备微环境响应型生物功能化Bio-MOFs涂层。扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射和X射线光电子谱等实验结果表明,Bio-MOFs涂层成功构建。离子释放实验（p H 5.8和p H 7.4）实验表明,Bio-MOFs涂层具有酸性微环境响应性功能。总超氧化物歧化酶（SOD）检测、过氧化氢（H2O2）检测、DPPH和TMB等试验结果表明,Bio-MOFs涂层显示出优越的类SOD和CAT催化活性。此外,DCFH-DA染色和WB实验结果表明,涂层能够分解MSCs中的mito ROS,恢复其线粒体功能。体外细胞实验表明Bio-MOFs涂层,尤其是AHT-Ce/Sr MOF,能够有效抑制线粒体过度分裂,促进线粒体融合以及促进线粒体自噬,从而恢复线粒体功能并逆转衰老的MSCs,进一步促进其成骨分化。体内DHE、免疫组化和Micro-CT实验结果表明,AHT-Ce/Sr MOF钛植入体显著降低植入部位的ROS水平并促进新骨形成,从而改善骨质疏松大鼠的骨整合。