目的:医用不锈钢和钛是目前临床应用最为广泛的金属骨植入材料,而生物可降解的医用镁是近年来受到广泛关注的骨折内固定材料。由于传统医用不锈钢在体内会释放有害的镍离子,钛及钛合金缺乏成骨活性和抗菌作用,而镁存在着体内降解速率过快及生物安全性的问题,因此,研究解决上述这些关键问题对临床应用具有重要意义。本论文以高氮无镍不锈钢（HNS）、锌镁共注钛（Zn/Mg-PIII）和医用高纯镁螺钉三种新型金属骨植入材料为切入点,深入探讨新型HNS诱导骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨分化和促进长期骨整合的效应及其机制,全面探索新型Zn/Mg-PIII的成骨诱导、早期成血管活性和抗口腔致病菌的多重功能及其机制,系统研究新型医用高纯镁螺钉在体内的长期降解特性、骨修复效果和生物安全性,为这三种新型金属骨植入材料的生物学评价和临床应用提供重要的科学依据。材料和方法:分别采用SEM、EDS、XPS、XRD和ICP等手段对新型HNS、锌镁共注钛和高纯镁螺钉进行表征;利用荧光染色和CCK-8检测等方法研究新型HNS和锌镁共注钛对细胞黏附和增殖的影响;运用real-time PCR、Western blot和免疫荧光染色等技术,探讨新型HNS和锌镁共注钛诱导BMSCs成骨分化的效应及其机制;采用细菌培养和菌落计数法分析锌镁共注钛的抑菌作用;将新型的HNS、锌镁共注钛和高纯镁螺钉植入兔骨组织内,运用序列荧光标记、Micro-CT、组织学观察和定量分析以及推出实验等手段全面研究它们的体内成骨与骨整合效果以及高纯镁螺钉的体内长期降解行为;采用血液、尿液生化检测和组织病理学手段分析高纯镁螺钉的体内生物安全性。结果:（1）相比316L不锈钢（316L SS）,新型HNS具有较高的氮含量（0.93wt%）和锰含量（16.70wt%）、较低的腐蚀电流密度和水接触角;（2）新型HNS能上调integrinα1、integrinβ1基因的表达,提高rBMSCs的黏附及增殖活性;激活rBMSCs的ERK 1/2蛋白的磷酸化,促进与成骨分化相关基因（ALP、RUNX-2、OPN及OCN）和成骨标志物蛋白（ALP和OCN）的表达;（3）HNS植入体表面存在明显的磷灰石颗粒沉积,周围比316L SS形成了更多的新生骨组织;植入各期（4w、12w和26w）的骨-植入体结合率和界面结合力均显著高于316 SS组;（4）新型锌镁共注钛（Zn/Mg-PIII）通过上调integrinα1和integrinβ1的表达显著提升rBMSCs的黏附活性和增殖能力;通过释放锌离子和镁离子上调rBMSCs的ZIP1及MagT1基因表达,抑制ZnT1基因表达,使胞内的锌、镁离子含量增加,协同促进rBMSCs的成骨分化相关基因和蛋白的表达;（5）Zn/Mg-PIII能通过提高MagT1转运体的表达促进Mg²⁺内流,促使HUVECs生长加快、HIF-1α表达增强以及HUVECs和rBMSCs中VEGF基因的表达上调;同时还对口腔厌氧致病菌（Sm,Fn和Pg）具有一定的抑制作用;（6）相比单一离子注入钛和纯钛,Zn/Mg-PIII植入体周围的新骨生成量更加显著,12w时各组骨-种植体结合率和界面结合力的大小顺序均是Zn/Mg-PIII组>Zn-PIII组及Mg-PIII组>纯钛组（p<0.05）;（7）新型医用高纯镁螺钉骨植入后,材料的体积随时间发生逐渐缓慢的减小,其中26w时的材料剩余率为73.57%±8.02%;材料表面有明显的羟基磷灰石沉积,周围可见新骨生成,骨-植入体界面呈现良好的骨整合;（8）在长达26w的体内降解过程中,高纯镁螺钉始终未引起血清镁和尿液镁浓度的明显增加,血清丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶、肌酐和尿酸水平也无显著升高,未见肝肾组织的病理性反应。结论:（1）具有良好表面亲水性和高氮含量的新型HNS能通过提高integrinα1和integrinβ1基因的表达促进BMSCs的初期黏附活性,HNS释放的锰离子能通过激活ERK 1/2信号通路主动诱导BMSCs的成骨分化;（2）新型HNS能显著提高体内的成骨活性,相比316L SS,在促进植入体的早期稳定性和长期骨整合方面具有明显的优势;（3）新型Zn/Mg-PIII中的锌、镁离子,不仅能有效促进BMSCs细胞的黏附和增殖活性,而且能通过调控锌转运蛋白和镁转运蛋白的表达,增加胞内的锌、镁离子浓度,协同诱导BMSCs成骨分化;（4）Zn/Mg-PIII中的镁元素能有效提高HUVECs的早期成血管活性,锌元素能在一定程度上抑制口腔厌氧菌的生长;（5）Zn/Mg-PIII比单一离子注入钛显示出更明显的促进新骨形成和早期血管生成的能力,具有更优异的快速骨整合效果和生物力学稳定性;（6）新型医用高纯镁螺钉在体内会发生长期缓慢均匀的降解,在降解过程中不仅表现出良好的成骨和骨整合效果,而且其降解产物未引起不良的全身反应,显示出良好的体内生物安全性。