促进或加速骨组织修复效能是当今骨修复材料研究重点。在骨修复材料中,钛及钛合金由于有良好的力学性能、生物相容性以及抗腐蚀能力,而被广泛用于骨科及牙科手术中。但其生物活性以及与细胞响应性较差,因此,提高钛金属植入体生物响应性和生物活性因子/药物承载性是当前研究热点。骨细胞外基质主要由胶原蛋白等构成,而羟基磷灰石(HA)是骨组织的主要无机成分。因此,在钛表面构建出胶原/HA复合(矿化)涂层,肯定能促进骨细胞吸附、生长及增殖,以及增加生物活性因子/药物承载能力,从而有效提高植入体的骨整合能力和手术质量。为此本文采用电化学沉积技术,通过电沉积参数、电解液组成等调控,开展了钛植入体可控制备矿化胶原涂层的研究。在电化学沉积制备矿化胶原涂层过程中,对钛基板采用碱热处理,表面可形成多孔氧化层,可以有效提高沉积层的宏观均匀性,这是由于多孔氧化层有利于电子的传输,同时为涂层中磷酸钙和胶原分子的沉积提供了更大的比表面积,有利于涂层形成和结合强度的提高。沉积温度会影响涂层的形貌及矿化磷酸钙晶相的构成,在37℃以上沉积时能获得HA晶相,形成HA/胶原涂层。沉积电压会影响涂层的形貌,在较高电压下沉积形成多孔结构,在低电压下涂层不能有效沉积。其原因为沉积电压会改变阴极附近OH-浓度及分布,从而影响胶原的矿化和沉积行为。H2O2可作为电化学反应增强剂,其加入会改变阴极电化学反应类型,加速阴极处OH-的产生,在较短沉积时间和较低沉积电压时可实现涂层的沉积,提高了涂层制备的可控性。当H202浓度为18 mM,电解液pH 4.5,沉积温度37℃,在1.3～1.9 V时可制备致密矿化胶原涂层,在2～2.7 V时可制备多孔矿化胶原涂层。本实验中,多孔涂层和致密涂层的胶原纤维均为矿化形态,多孔涂层胶原矿化程度高,胶原纤维分布比较分散,致密涂层胶原矿化程度低,HA结晶程度弱,胶原堆积致密。涂层断面、剥离后各层形貌显示多孔涂层和致密涂层均呈空间准三维结构,涂层厚度为20～30μm,靠近基底为HA层,中间层为HA与矿化胶原混合层,外层为矿化胶原层。力学性能测试表明矿化胶原涂层与基板有一定的结合力。体外研究表明涂层在模拟体液中能稳定存在并发生进一步矿化,表现出良好的生物活性。细胞实验表明矿化胶原涂层能增加骨细胞的附着并促进其增殖。涂层可用作承载生物活性因子/药物的平台,实现抗菌药物的装载,释放具有一定的缓释能力,载万古霉素后的涂层显示了一定的杀菌效果。通过对沉积过程的分段模拟,建立了电化学沉积机理的模型,即矿化胶原沉积可分为三个步骤：首先,磷酸钙在钛基板的迅速沉积,并伴随胶原在等电点的自组装；然后,磷酸钙在胶原纤维上形核生长,形成胶原矿化；最终,矿化胶原在电场力的推动下向钛基板移动,并与磷酸钙层结合组装在钛基板上。胶原自组装和矿化行为对矿化胶原涂层的沉积行为起着决定作用,因此,通过调控阴极pH梯度、胶原等电点是实现矿化胶原涂层可控制备的关键。