随着坚强内固定手术的发展,钛合金(Ti6Al4V)接骨板在临床应用上获得广泛关注。但是Ti6Al4V合金本身在生理环境及负载条件下其耐磨损性能较差,并且在植入人体内常诱发细菌感染问题。因此急需研制既能够满足内固定的需求,同时又能具有抗感染作用的新型接骨板材料。本文以接骨板材料Ti6Al4V作为研究对象,利用阳极氧化方法(氧化参数为:0.3wt%NH4F和2vol%H2O的乙二醇有机电解液,氧化电压分别为40、60和80V,氧化时间分别为2、4和6h)对其进行表面改性,获得具有TiO2纳米管涂层的钛合金复合材料。随后,研究了阳极氧化工艺参数对TiO2纳米管涂层形貌和接骨板表面整体性能的影响,并对改性后接骨板的摩擦磨损特性进行了细致分析,从而获得表面整体性能最优和耐磨损性能最佳的新型接骨板材料。在此基础上,利用有限元法对新型接骨板材料的实际应用性能进行了评价,并通过碘蒸汽相吸附法在新材料上负载聚维酮碘药物,拟研制出具有抗菌特性的新型接骨板。本文的主要研究内容如下:(1)考虑到在不同氧化参数下接骨板表面制备TiO2纳米管涂层的微观形貌特征和生物医学方面的优势,选择60V氧化电压和氧化时间分别为2、4和6h下获得的试样作为进一步研究对象,并且纳米管涂层的管内径分别为Φ105、Φ113和Φ118nm,厚度分别是22、26和32μm。另外,这些试样中TiO2纳米管涂层的结构参数与其它相关文献中提及负载药物的纳米管结构参数相似。(2)随着氧化时间逐渐增加(2-6h),接骨板表面的整体性能均有所改善。粗糙度逐渐增加,而密度和接触角逐渐降低;显微硬度和弹性模量逐渐减少,最大减少率分别为68.20%和61.10%;在模拟体液环境中,其耐腐蚀性能逐渐增加。另外,TiO2纳米管涂层与Ti6Al4V基体的结合力(Lc)也逐渐增加,并获得最大结合强度为12.6MPa。(3)随着氧化时间逐渐增加(2-6h),接骨板表面的耐磨损性能逐渐改善。在干摩擦和模拟体液环境中研究了新型接骨板材料的滑动摩擦磨损性能。其中,在干摩擦环境下,试样表面的平均摩擦系数、最大磨损深度和磨损量逐渐降低,最大分别降低了22.52%、41.36%和51.93%。磨损表面分布有塑性变形层、犁沟、剥落坑和磨屑,其磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损同时存在的混合磨损。在模拟体液环境中,由于模拟体液可以作为润滑剂,在一定程度上减轻了两接触界面的法向压力、剪切力和粘着应力,但是在流动体液的自我清洁作用,也加速了磨损表面剥落块的排出。因此,试样的磨损微观形貌和磨损机理与干摩擦时并没有发生太大改变,只是磨损程度降低,而且其摩擦系数、磨损深度和磨损量也逐渐降低,最大分别降低为29.85%、38.28%和49.51%。在体外模拟接骨板与螺钉摩擦副间的微动摩擦中,试样的摩擦力-微动位移(Ft-D)曲线均近似为平行四边形状。其摩擦系数、磨损深度和磨损量也逐渐降低,最大分别降低50.88%、38.93%和57.23%,而且微动磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损共存的混合磨损。(4)通过对比不同氧化参数下制备新型接骨板材料的表面整体性能和耐磨损性能,确定最优氧化参数为氧化电压60V和氧化时间6h。(5)通过创建包括接骨板、螺钉和胫骨干横骨折在内的坚强内固定系统有限元模型,并分别在轴向载荷、扭转载荷和交变载荷下进行了有限元分析,研究接骨板表面的等效应力值和等效应力分布。结果表明,经过阳极氧化改性后,接骨板表面的最大等效应力值分别降低了50.001%、34.286%和44.467%,并且其表面低应力值分布的范围增大,高应力值分布的范围减小,避免了出现应力集中现象。同时,在交变载荷作用下,阳极氧化改性处理改善了接骨板的疲劳损伤程度和提高了其安全系数。另外,垂直于接骨板表面的应力值小于涂层与基体的结合强度(12.6MPa),从而证明了接骨板涂层可以在人体内长期服役。(6)采用碘蒸汽相吸附法成功将聚维酮碘药物负载于新型接骨板材料上,其主要以纳米级颗粒状聚集物均匀分散在纳米管管口和管内壁上,并且经过元素的面分布扫描分析,发现碘元素的重量百分比达到28.2%。另外,在体外抗菌性能实验中,负载聚维酮碘抗菌药物的接骨板对于金黄色葡萄球菌的抑菌率达到97.35%。