Ti N薄膜是一种硬质陶瓷薄膜,由于具有高硬度、高熔点和良好的生物相容性,已广泛应用于人工关节和口腔植入物的表面改性。为了进一步提高Ti N薄膜在服役过程中的结合稳定性、耐磨性能以及赋予薄膜良好的抗菌性,研究者们通常利用磁控溅射技术在薄膜中掺杂金属元素。铜是人体所必需的微量元素之一,在生理活动中起着重要的作用,并且铜元素具有一定的抗菌功能。考虑到铜的低毒性和生物学功能,研究者选择铜作为掺杂元素提高Ti N薄膜的力学性能以及抗菌性。研究发现,向Ti N薄膜中掺杂Cu原子可以赋予Ti N薄膜良好的抗菌性能,并且少量Cu掺杂可增加Ti N薄膜的硬度和韧性,降低薄膜的磨损率。尽管铜是人体健康所必需的微量元素,但当Cu离子的浓度超过一定阈值,就会对人体产生毒性。过量的铜会导致Fenton型氧化还原反应,从而导致氧化性细胞损伤和细胞死亡,降低材料的生物相容性。因此,掺Cu薄膜在体内应用时,必须考虑掺Cu薄膜材料中的Cu含量对薄膜材料生物安全性的影响。本文利用直流磁控溅射（Direct Current Magnetron Sputtering,DCMS）技术制备了Cu含量分别为2.4,4.2和11.1 at.%的TiCuN薄膜。利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）等研究了Cu在薄膜中的存在形式及Cu掺杂对薄膜成分、结构的影响;利用水接触角测量仪、四探针电阻测试仪、原子分光光度计等研究Cu含量对TiCuN薄膜物理化学性质的影响,评价了Cu含量对TiCuN薄膜表面形貌、润湿性、表面能、蛋白吸附行为、电阻率、Cu离子释放行为以及耐腐蚀性能的影响;利用成骨细胞和巨噬细胞对不同Cu含量的TiCuN薄膜的生物相容性进行评价;在以上的研究基础上,利用成骨细胞和巨噬细胞研究了不同浓度TiCuN磨屑（10-100μg/m L）的生物相容性。研究结果表明,Cu掺杂可抑制Ti N薄膜柱状结构的生长,随着Cu含量的增加可得到结构更加致密的TiCuN薄膜;与未掺杂Cu的Ti N薄膜相比,TiCuN薄膜的表面是疏水的,具有较低的表面能;Cu掺杂可使TiCuN薄膜表面白蛋白（BSA）吸附量显著减小;当Cu含量增加到11.1 at.%时,TiCuN薄膜中有Cu纳米晶存在,Cu纳米晶的存在导致薄膜电阻率下降、Cu离子释放量显著增加、薄膜耐腐蚀性能下降。TiCuN薄膜的生物相容性评价结果表明,与Co Cr Mo合金和Ti N薄膜相比,由于适当Cu离子的释放,Cu含量为2.4 at.%的TiCuN薄膜可以提高成骨细胞活性,并且薄膜表面成骨细胞展现出良好的细胞形态;Cu含量为2.4和4.2 at.%的TiCuN薄膜诱导的炎症反应程度低于Co Cr Mo合金和Ti N薄膜。综合上述研究结果,与Co Cr Mo合金和Ti N薄膜相比,Cu含量为2.4 at.%的TiCuN薄膜具有良好的成骨细胞相容性和较低的炎症反应。利用成骨细胞和巨噬细胞研究了TiCuN薄膜（2.4 at.%Cu）磨屑的生物相容性。研究结果表明,当细胞（成骨细胞和巨噬细胞）被不同浓度TiCuN磨屑刺激时,磨屑颗粒与细胞的相互作用主要以浓度依赖性和时间依赖性的方式进行;当不同浓度磨屑与成骨细胞共培养至24 h时,不同浓度磨屑之间的成骨细胞活性没有显著性差异,当培养至72 h时,随着TiCuN磨屑浓度的增加（10～100μg/m L）,成骨细胞活性降低;当TiCuN磨屑浓度达到30μg/m L时,成骨细胞尺寸变小,细胞质扩展不明显,形态上呈现出小而圆的趋势;巨噬细胞形貌随着磨屑浓度的升高而逐步变形,巨噬细胞形态变化说明随着磨屑浓度的升高巨噬细胞会被激活,促炎因子TNF-α和IL-6的释放量随着磨屑浓度的增加而升高。对与成骨细胞共同培养至72 h时的样本进行细胞毒性评价,结果表明,虽然随着TiCuN磨屑浓度的增加,成骨细胞相对增殖度（RGR）减小,但是即使当TiCuN磨屑浓度达到100μg/m L时,样本的相对增殖度为77.59%,大于75%,评级仍然属于1级,说明TiCuN磨屑浓度达到100μg/m L时仍然无细胞毒性。