针对钛种植体在骨修复治疗中存在成骨速度慢、骨整合性差等问题,目前研究大量集中在提高钛的生物活性以促进其与组织的骨性结合,少有模拟骨内电生理微环境促进骨组织生长的研究。电学微环境是骨组织所处的重要微环境之一,电信号刺激有利于骨形成,与骨组织的生长、重建密切相关。骨组织具有压电特性,能够响应机械应力产生电信号形成电学微环境,从而调控骨的再生与重建。临床研究证明电信号刺激有利于促进骨缺损再生修复。因此,模拟骨组织所处的微环境,在钛基种植体表面构建电学微环境用于改善钛种植体骨整合效果,促进骨组织再生,为制备新型植入材料提供新的思路和途径,具有重要的科研价值和临床意义。本研究针对聚合物膜电学微环境的构建开展如下工作:(1)采用电化学聚合法在医用钛表面构建基于导电聚合物膜的电学微环境,并引入生物大分子掺杂剂硫酸软骨素,通过改变掺杂剂浓度构建并调控聚吡咯膜电学微环境的纳米结构,探讨了硫酸软骨素作为掺杂剂和结构引导剂辅助聚吡咯纳米结构构建的机理;通过一系列体外实验分析评估了这种基于纳米结构聚吡咯膜电学微环境与细胞的相互作用,证明该电学微环境有利于细胞增殖和成骨分化。本研究为构建导电聚合物膜电学微环境提供基础研究,并为构建促成骨的新型骨植入材料提供新的思路和途径。(2)本研究在导电聚合物膜氧化还原反应的同时伴随着一系列物理化学性质变化的基础上,通过微弱的氧化还原电势构建了不同状态导电聚吡咯膜电学微环境,利用氧化还原过程中掺杂剂离子的进出调控了聚吡咯纳米锥阵列管口的打开/关闭效应、表面润湿性和表面电荷分布,从而实现了聚吡咯膜电学微环境对细菌粘附、蛋白质吸附和细胞粘附铺展的调控。生物学实验结果表明构建的不同状态导电聚吡咯膜电学微环境的生物相容性良好,且兼具调控抗菌、蛋白质及细胞行为的性能,具有重要理论意义和应用价值。(3)本研究基于骨组织的压电效应,进一步针对导电聚合物膜电学微环境需要外加电源的问题提出利用压电聚合物膜响应机械应力产生电信号,从而形成电学微环境促进细胞成骨分化和骨组织形成的设想。首先通过溶液流延浇铸法制备聚偏氟乙烯膜,并对比是否极化实现压电聚偏氟乙烯膜电学微环境的构建。生物学实验研究表明极化后的压电聚偏氟乙烯膜电学微环境富集负电荷,有利于细胞基质矿物的沉积,促进细胞增殖和成骨分化及成骨基因的表达。本研究提出的构建压电聚合物膜的电学微环境实现了仿骨压电效应及电生理微环境的骨植入体材料的设计理念。(4)针对导电聚合物膜电学微环境需外加电源及压电聚合物膜电学微环境需电信号传介质的问题,进一步提出模拟骨的压电效应和骨组织所处电学微环境,结合导电聚合物膜和压电聚合物膜的特性,构建基于导电压电复合聚合物膜的电学微环境的研究思路。首先通过溶液流延法制备聚偏氟乙烯膜,然后在聚偏氟乙烯膜表面电化学构建聚吡咯膜,得到导电压电复合聚合物膜的电学微环境。该复合聚合物膜电学微环境比单纯聚合物膜微环境更利于细胞粘附、类骨磷灰石沉积以及细胞成骨分化,且动态应力载荷细胞培养实验表明该微环境响应机械应力有利于细胞粘附铺展。本研究提出的构建导电压电复合聚合物膜的电学微环境的思路将对改善植入体骨整合及利用生理运动促进骨修复的骨植入材料的设计研究提供新思路和方法。