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钛具有良好的生物相容性，临床上被广泛用作骨植入体材料。但由于其生物惰性，钛难以与骨组织间形成牢固结合，从而影响其植入后的长期稳定性。骨组织具有天然的微纳多级结构，从仿生角度出发，在钛植入体表面构建微纳多级结构，有望提高其生物活性和骨整合性能。等离子体喷涂钛涂层具备微米级粗糙多孔结构，有利于骨组织的长入，但其早期细胞响应较慢，离理想的临床需求仍有一定差距。通过选择合适的纳米改性方法对钛涂层进行表面处理以制备微纳多级结构，有望促进细胞快速响应，加速植入体的骨整合。目前关于微纳多级结构影响成骨性能的研究报道大多集中于细胞生物学层面，从分子生物学角度对其成骨机理所做的研究较少。除成骨性能外，植入体的免疫反应在其骨整合过程中也起到重要作用。通过对植入体表面免疫细胞行为的调控，不但能抑制其炎症反应，还能影响其免疫反应向促成骨愈合转化。但是目前关于植入体表面微观结构对免疫反应及骨免疫性能的影响及机制研究较少。 基于以上背景，本工作拟采用化学改性方法在钛表面制备不同形貌的纳米结构，对比研究其成骨性能、免疫反应及骨免疫性能;在此基础上选择生物学性能较好的纳米结构应用于钛涂层的纳米化改性，以制备微纳多级结构钛涂层，检测其对骨髓间充质干细胞/成骨细胞的影响，研究其促成骨分化的分子机制;同时，对微纳多级结构影响巨噬细胞免疫反应及骨免疫性能进行研究。本研究取得的主要结果如下: 1.采用水热法对钛进行表面处理成功获得了纳米线、纳米叶、纳米孔等多种不同形貌的纳米结构，其中纳米线结构表面有着相对较高的亲水性，同时能吸附更多的特异性蛋白，具有更多的RGD结合位点。细胞实验结果显示，纳米线表面能够较好地促进细胞的骨架伸展，表现出相对更高的促成骨分化能力，同时能更好地促进巨噬细胞向M2极化表型转变，抑制其促炎症因子的基因表达。此外纳米线表面的巨噬细胞有较高的BMP-2和TGF-β1表达，进而对干细胞的成骨分化产生有利影响，表现出良好的骨免疫性能。 2.真空等离子体喷涂技术与水热法相结合，在钛表面制备微纳多级结构钛涂层。微纳多级结构表面的成骨细胞和干细胞均表现出较好的细胞伸展，与表面贴合紧密，同时细胞又能沿着粗糙多孔结构铺展，细胞骨架张开，具有更高程度的细胞伸展与变形，表现出纳米线结构与钛涂层粗糙多孔结构的协同作用。微纳多级结构表面的细胞具有较高的ROCK活性，产生了较高的骨架张力，也比单纯的微米、纳米表面能更好地促进成骨分化。对骨架张力进行抑制后，微纳多级结构促成骨分化能力显著降低，表明细胞内骨架张力对成骨分化起到了调控作用。 3.细胞内骨架张力影响细胞分化的机理研究发现，微纳多级结构能够通过细胞内骨架张力调控细胞粘着斑区域FAK的活性，从而激活下游ERK1/2相关信号通路，进而调控Runx2等成骨转录因子活性，最终促进成骨分化。同时，微纳多级结构能通过骨架张力调控细胞内的YAP活性，使其表达增强，且促进YAP向细胞核内移动，激活其对相关转录因子的调控作用，进而分别提高成骨转录因子Runx2和抑制成脂转录因子PPARγ的活性，最终调控干细胞向成骨方向分化。 4.对微纳多级结构免疫调节性能进行的研究结果显示，微纳多级结构能够调节巨噬细胞向M2表型极化，同时抑制其促炎症基因的表达，提高其抑炎症基因的表达，这可能是由于其能够促进巨噬细胞的伸展进而影响其细胞内骨架张力，从而通过力传导作用来调节其极化行为。同时，微纳多级结构表现出良好的骨免疫调节性能，其表面的巨噬细胞能够表达较高的BMP-2和VEGF基因，促进成骨分化与成血管性能;其表面的干细胞也由于细胞内骨架张力调控其COX-2基因的表达和PGE2分泌，进而可能作用于巨噬细胞膜上的EP4受体，促进巨噬细胞向M2极化表型转变，从而对免疫反应产生影响。