铜是人体必需微量元素,研究表明适量的铜离子能有效促进骨组织再生和血管生成,且具有良好的抗菌性能,被广泛用于生物材料改性。然而,正因为铜参与人体的多项生理功能,过量时会抑制细胞的生物学功能或者对细胞产生毒性;而铜含量过低又不能发挥良好的促成骨、成血管和抗菌性能。针对这一问题,本论文研究了铜离子浓度对不同细胞和细菌行为的影响;利用等离子浸没离子注入技术（Plasma immersion ion implantation,PIII）和热处理,在医用钛表面制备铜离子注入改性层和铜掺杂的二氧化钛（TiO₂）层并探究其理化性能和生物学性能。论文的主要研究结果如下:1.利用不同浓度的铜离子溶液分别与人脐静脉内皮细胞（HUVECs）、小鼠成骨细胞（MC3T3-E1）、大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）、金黄色葡萄球菌（S.aureus）和大肠杆菌（E.coli）共培养,研究铜离子浓度对细胞、细菌行为的影响。细胞实验结果表明,不同细胞对铜离子的耐受能力大小依次是HUVECs>MC3T3-E1>rBMSCs。在安全浓度范围内,升高铜离子溶液浓度,能够促进HUVECs的迁移和体外成血管能力;当铜离子浓度达到一定值时,继续升高铜离子浓度对HUVECs的促进作用减缓。此外,低浓度铜离子能够促进rBMSCs早期的成骨分化和成骨相关基因的表达。细菌实验结果表明,铜离子对两种细菌的抗菌浓度存在阈值,当铜离子浓度低于临界值,铜离子的抗菌性能较弱;当铜离子浓度高于临界值,铜的抗菌性能显著提高。上述结果揭示铜离子的成骨、血管再生和抗菌性能的相关浓度,可指导铜掺杂生物材料的研究,同时也为其他类似的研究提供一定的参考价值。2.利用PIII技术将铜引入到医用钛表面。改性钛表面的耐腐蚀性能有所提高,铜离子能够稳定的释放。钛表面含铜较低的样品对rBMSCs和HUVECs的增殖有促进作用,但对S.aureus和E.coli没有抗菌能力;随着离子注入时间的延长,钛表面含铜量较高的样品的抗菌能力显著提高,同时也未产生明显细胞毒性。因此,通过合理控制钛表面的铜含量,可以获得兼具良好抗菌性能和生物相容性的钛植入材料。3.对铜离子注入改性的钛进行热处理得到铜掺杂的TiO₂层。热处理后,钛表面生成的金红石相的TiO₂,提高热处理温度有利于TiO₂晶粒的生长。与纯钛相比,铜离子注入有利于表面TiO₂晶粒的生长。体外细菌试验表明,在可见光照射下,铜掺杂的TiO₂具有光催化抗菌性能。