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医用钛及钛合金优异的力学性能、耐腐蚀性和生物惰性使得其成为临床上应用最广泛的骨植入材料之一,但在临床方面仍存在亟待解决的问题,其生物惰性在植入体内后因不能和附近组织形成有效的骨性结合存在容易松动甚至失效的可能性。另外,医用钛及钛合金在手术移植过程中不可避免的存在细菌感染的风险,为了有利于骨整合,医用钛及钛合金植入物会设计成有利于细胞粘附的粗糙表面,但这又极大的增加了感染的风险。同时,临床上需要尽可能的缩短骨修复周期以减轻患者的痛苦和不便。为满足临床需求,解决医用钛及钛合金在临床应用时所面临的问题,本文提出了通过对钛表面进行阳极氧化制备出具有纳米管结构的二氧化钛涂层,并将与人骨类似压电效应的聚偏氟乙烯(PVDF)高分子材料和钛酸钡陶瓷材料分别引入到钛表面二氧化钛纳米管涂层中,制备出具有压电效应的钛表面涂层,研究具有压电效应的钛表面涂层的骨整合和骨生长过程,在此基础上进一步将药物引入到所制备的涂层中抑制细菌感染,探讨压电效应在药物辅助促进骨修复过程中所起到的作用。在钛表面制备出PVDF生物压电涂层,涂层的压电系数越高涂层的亲水性越好,当压电系数为2.61pC/N时,涂层的接触角可达47°。电晕极化处理对PVDF生物压电涂层接触角的影响具有时效性,极化处理使得PVDF的氟离子烧蚀,空气中的氧原子进入到涂层中。接触角的改变中,表面电荷约占40%,涂层成分的改变约占接触角改变的60%,在生理载荷下可保留极化处理所带来的亲水性改变。添加20%纳米HA颗粒后,HA/PVDF涂层的接触角降低了11.3%,同时压电系数也降低了41.76%。极化处理对20HA/PVDF复合的接触角有较大的影响,当复合涂层的压电系数为1.52pC/N时,涂层的润湿角为31.7°;在生理载荷的作用下,20HA/PVDF复合生物压电涂层体现出卓越的矿化能力,在SBF中浸泡一天后,涂层表面沉积一层类骨磷灰石,与在SBF中浸泡14天未加载的涂层所增加的质量相同。所发明的生理载荷装置能很好地体现生物压电材料的压电特性对体外矿化的促进作用。通过原位反应制备出钛表面TiO_2@BaTiO_3同轴纳米管涂层,优化了涂层的制备工艺并对其形成机理进行了分析。在200℃的0.03mol/L的氢氧化钡水热溶液中反应2h所得到的钛表面TiO_2@BaTiO_3同轴纳米管涂层的压电系数可达0.28pC/N,极化后的TiO_2@BaTiO_3同轴纳米管涂层可显著促进成骨细胞的增殖和粘附,表现出良好的生物相容性。成功的在3D打印医用钛合金支架表面制备出TiO_2@BaTiO_3同轴纳米管涂层。极化后的TiO@BaTiO_3涂层支架可显著促进MSCs和HUVECs的增殖,涂层所具有的压电效应使得MSCs成骨相关基因ALP、Runx2、Col-1和osterix的mRNA水平显著增高,促进MSCs向成骨分化;同时,可促进HUVECs分泌VEGF和PDGF-bb加速新血管的生成;极化后的TiO_2@BaTiO_3涂层支架植入山羊椎体内8个月后可实现与椎体的完全融合,骨体积分数可达24.09%;该涂层支架内的血管数量最多、最大血管直径最大,血管总长度可达2704.21±159.23μm,最大血管长度可达1053.69±103.59μm,显著高于钛合金支架组,说明具有压电效应的TiO_2@BaTiO_3涂层支架可促进新骨的生长和血管化。利用所制备的钛表面TiO_2@BaTiO_3同轴纳米管涂层中的同轴纳米管结构特性,将盐酸万古霉素和纳米银分别载入到TiO_2@BaTiO_3同轴纳米管中。涂层所具有的压电效应对同轴纳米管中药物的释放具有“大坝”效应,极化后TiO_2@BaTiO_3-V涂层中盐酸万古霉素的扩散速率明显降低了,7天内的累积释放量减少了54.8%。TiO_2@BaTiO_3-V(P)涂层即使在模拟体液中浸泡7天后也显示出良好的抗菌性能。此外,TiO_2@BaTiO_3-V(P)涂层表面的负电荷促进了成骨细胞的生长,极化后的涂层更容易被体内所接受;TiO_2@BaTiO_3同轴纳米管载银涂层所具有“大坝”效应不仅能有效的延长涂层的抗菌效果,而且所形成的高浓度银离子作用区可使得低浓度载银量(0.4mol/L)涂层达到高浓度载银量涂层(0.8mol/L)涂层相同的抗菌效果,但动物肝脏和肾中银离子的累积量BT-Ag0.4(P)涂层仅为BT-Ag0.8涂层的38.4%和48.7%。压电效应有助于降低涂层所释放出来的银离子在体内器官中的累积量,从而降低涂层的体内毒副作用。