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摘要钛合金因其良好的力学性能、耐蚀性能和生物相容性而被广泛应用于金属植入材料。然而，植入体细菌感染和异物反应的发生引起植入体松动和骨整合不良，进而导致钛合金植入失败。合金型抗菌钛合金除了具有抗菌性能，还保持了钛合金原有的特性，具有广阔的应用前景。然而钛合金的杀菌作用机制尚不清楚，因此，本文以二元钛合金为研究对象，研究了钛合金微观组织和表面理化性能对细菌生物学的影响，建立了微区电势差抗菌新机制。通过体外细胞实验研究了微区电势差对成骨功能及骨免疫调节的影响，为兼具抗菌促成骨钛合金设计提供了新的思路。取得的主要研究结果如下:<br>　　(1)制备了具有不同含Ag相的Ti-Ag合金，研究了含Ag相对Ti-Ag合金抗菌性能的影响规律。结果表明，Ti-Ag合金的抗菌性能与合金中Ag的存在形式密切相关。具体表现为Ti-Ag合金的抗菌效果由高到低依次为:Ti-Ag(PM)＞Ti-Ag(T6)＞Ti-Ag(as-cast)＞Ti-Ag(T4),即含有微米Ti-Ag金属间化合物的Ti-Ag(PM)对细菌具有明显的抑制和杀灭作用，晶界分布纳米Ti2Ag相的Ti-Ag(T6)次之，表面不含第二相或第二相较少的Ti-Ag(T4)的抗菌效果不超过50％。细菌生物学的研究结果表明:Ti-Ag合金第二相诱导了胞内产生超氧化物等活性氧产物，引起细菌细胞膜破裂。<br>　　(2)选择与Ti具有不同电势差的合金元素M(M=Zr、Ta、Mo),制备了不同成分和相组成的Ti-M合金，研究了 Ti-M合金表面理化性质及合金表面特性对抗菌性能的影响规律。结果表明Ti-M合金的抗菌性能与表面微区电势差呈正相关。微区电势差越大，微区电偶腐蚀作用越强，转移至活细菌内部的电子越多，细菌产生的活性氧越多，细菌的死亡率越高。基于此结果，提出了一种不依赖于金属阳离子释放的微区电势差抗菌机制:钛合金第二相与基体在菌液环境下产生电子转移，其中，一部分电子与活细菌内的O2结合，引起胞内活性氧水平升高;还有一部分电子被溶液中的O2消耗生成活性氧产物。胞内胞外活性氧产物协同作用达到杀死细菌的效果。<br>　　(3)通过对成骨细胞在Ti-M合金表面粘附、增殖、铺展和分化行为的分析，研究了微区电势差对细胞相容性及成骨分化功能的影响。结果表明Ti-M合金具有良好的生物相容性，且Ti-M合金显著提高了成骨细胞的碱性磷酸酶活性和矿化能力，上调了成骨分化相关因子的表达。微区电势差具有促成骨分化的作用，且促成骨作用与微区电势差大小呈正相关。其中，Ti-Mo合金的促成骨作用最明显。<br>　　(4)通过检测巨噬细胞在Ti-M合金表面形态、活性氧水平和炎症相关因子分泌情况，研究微区电势差对巨噬细胞炎症调节的影响。发现微区电势差可以通过调节巨噬细胞极化进而降低合金的炎症反应。适当的微区电势差明显降低了促炎因子的分泌，上调抗炎因子的分泌，诱导巨噬细胞表型向M2转变。采用间接共培养模型揭示了微区电势差对骨免疫的调节作用，微区电势差可以调节骨免疫微环境以降低炎症反应，同时诱导巨噬细胞分泌促成骨因子，进而促进成骨细胞分化。但是，过高的微区电势差诱导巨噬细胞发生氧化应激，上调促炎相关基因的表达，不利于缓解炎症反应和快速骨整合。<br>　　(5)基于微区电势差的抗菌和促成骨作用，设计和制备了新型Ti-Au合金，研究了第二相对合金抗菌性能和成骨分化性能的影响。发现微米级Ti3Au相破坏了合金表面的钝化膜，加剧了 Ti3Au相与钛基体的电偶腐蚀，引起胞内活性氧高表达，最终导致细菌死亡。同时，Ti3Au相与基体产生的微电流效应对成骨细胞早期和晚期分化均有促进作用。Ti-Au合金不仅具有良好的抗菌性能和促成骨分化的效果，更是一种理想的医用钛合金材料。