特种无机涂层实验室在生物材料领域有50余年的研究历史，在生物医用涂层材料的基础理论（生物活性机理、体内外生物相容性、成骨分化行为、抗菌机制等）及应用研究方面有较好的工作积累。我们对生物医用涂层材料的设计和制备开展了以下两方面的研究。

1）通过构建微米和纳米尺度的表面结构来增强骨植入体与人体骨组织间的界面结合。在微米尺度的设计方面，制备了约100至500微米的贯通孔结构钛（Ti）涂层（见图1），该类涂层能够促进细胞长入，并提高间充质干细胞的成骨分化能力。在纳米尺度的设计方面，制备了具有纳米线表面结构的钛涂层（见图2），该类涂层有利于体液中血清蛋白在其表面吸附，从而促进成骨细胞的粘附、增殖和分化；研究结果显示，该类涂层通过活化Integrin β1/ROCK/FAK/ERK信号通路而诱导间充质干细胞向成骨细胞分化（见图3）。

图1 具贯通孔结构钛涂层的（a）表面形貌与（b）截面形貌

图2 （a）等离子喷涂钛涂层与（b）具纳米结构钛涂层的表面形貌

图3 纳米结构钛涂层促进干细胞成骨分化的潜在分子机制

2）将生物活性元素引入涂层材料，增强成骨细胞对涂层的生物学响应，从而提高骨植入体的骨整合能力。制备了一系列含生物相容离子（镁、锌、锆、锶、铁等）的硅酸钙类陶瓷涂层。研究表明，不同离子修饰的涂层对成骨诱导、成血管化和抗菌能力具有不同的促进作用。此外，利用生物化学方法将I型胶原和透明质酸等生物大分子嫁接到多孔钛涂层表面，构建类细胞外基质；该类涂层有利于提高干细胞的粘附（见图4）和成骨分化，能够有效促进早期新骨再生（见图5）。

图4 人骨髓间充质干细胞在不同样品表面的细胞骨架和铺展：a1和a2，原始钛涂层；b1和b2，碱处理钛涂层；c1和c2，生物化学方法改性钛涂层

图5 不同钛涂层假体植入兔子股骨后的组织学形貌（1个月）：(a)原始钛涂层；(b)化学法改性钛涂层；(c)生物化学法改性钛涂层

实验室发表相关学术论文150 余篇，绝大部分为SCI 和EI 收录，包括Biomaterials, Acta Biomaterialia, Journal of Biomedical Materials Research, Journal of Colloid and Interface Science 等期刊。承担国家自然科学基金项目（重点、面上、青年）、863、973项目等国家重点项目、中科院知识创新方向性项目、上海市基础研究项目、上海市科技攻关项目及其它各类重要科研项目二十余项。采用真空等离子喷涂技术研制的多孔钛涂层和生物活性羟基磷灰石涂层已获临床应用。累计制备骨科植入医疗器械（人工关节、脊柱植入体等）涂层产品超过30万件，临床应用效果良好，社会与经济效益均较明显。相关研究工作获国家发明三等奖一项（1983年）、上海市科技进步二等奖两项（2002和2009年）。