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钛和钛合金材料常用作硬组织修复与替换材料，属生物惰性材料，骨整合效果差。此外，钛和钛合金材料不具有抗菌性能。在生理环境下，钛植入体的表面结构和化学组分颇为重要。论文采用表面改性技术对钛和钛合金样品进行功能化修饰，调控表面结构和化学组分，探索成骨诱导活性与抗菌性能，以改善其植入效果。 论文的主要结果有: 1.采用酸刻蚀和NaOH-H2O2混合溶液分步连续处理，构建金属钛表面分级微纳结构的钛酸钠薄膜。钛酸钠薄膜可与锶和镁阳离子交换，生成相应钛酸盐。在体液中，此种微纳结构钛表面可持久缓释锶和镁离子。含锶或镁的钛表面改性层具有良好的细胞相容性，不仅能显著提高β1整合素与肌动蛋白的表达水平，还能显著增强大鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化活性。同时，钛表面改性层还能有效诱导磷灰石成核生长，显示良好的生物活性。此外，钛表面微纳结构对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的粘附、繁殖和生物膜的形成具有一定的抑制性能。 2.经H2O2溶液水热处理酸刻蚀钛表面，可制备TiO2纳米花或纳米棒分级微纳结构。钛表面改性的TiO2薄膜能有效促进人体类骨细胞的粘附、铺展与增殖;同时有效诱导磷灰石成核生长，显示增强的生物活性。此种钛表面改性层还能抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的粘附、繁殖与生物膜的形成，显示微纳结构表面的抑菌效应。 3.采用NaOH或H2O2溶液处理酸刻蚀钛表面，制备具有纳米线、纳米尖与纳米棒结构的TiO2改性层。此种改性层经等离子体浸没离子注入技术将银离子注入形成纳米颗粒(Ag NPs)。TiO2薄膜结构影响Ag NPs的存在形式:纳米线含较多暴露式AgNPs，而纳米尖仅含少量暴露式Ag NPs，纳米棒则为完全嵌入式Ag NPs。Ag NPs的嵌入形式直接影响银离子的释放行为:暴露式Ag NPs能释放银离子，释放量取决于暴露程度;而嵌入式Ag NPs未见银离子释放。此外，钛表面微纳结构对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有一定的抑菌性能，嵌入式AgNPs修饰钛表面（接触杀菌）和暴露式Ag NPs修饰钛表面（接触杀菌和释放杀菌）均具有优良的抗菌性能，未见明显差异，表明接触杀菌行为是Ag注入钛表面的主要抗菌模式。 4.在酸刻蚀和阳极氧化方法制备的TiO2纳米管结构改性层上，采用磁控溅射技术沉积金纳米颗粒(Au NPs)。Au NPs沿着TiO2纳米管均匀分布。即使在黑暗条件下，AuNPs修饰钛表面亦能有效杀灭金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，具有良好的抗菌性能。 5.采用化学气相沉积法在导体Cu、半导体Ge与绝缘体SiO2基体表面制备大面积连续石墨烯膜，发现石墨烯膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌性能与基体材料的导电性相关，导体Cu表面的石墨烯膜抗菌性能最佳，半导体Ge次之，绝缘体SiO2最差。 6.基于基体材料导电性和抗菌行为的关系，选用NiTi合金为基体，采用化学气相沉积法制备大面积连续石墨烯层。提高生长温度可显著提高石墨烯的结晶性。在甲烷气氛中，NiTi表面先形成碳化钛(TiC)，随后在TiC层外延生长出石墨烯。石墨烯的外延生长与TiC的晶面取向相关:(111)晶面有利于单层石墨烯外延生长，(220)和(311)晶面则不易生长石墨烯或只能生长双层/多层石墨烯，最终形成蠕虫状石墨烯层。镍钛合金表面制备的石墨烯层不仅能增强镍钛合金表面生物活性，还能赋予较佳的抗菌性能。