作者：盧燃，陳溯，張振庭，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京口腔醫(yī)院

鈦及鈦合金是種植體制備的主要材料。純鈦可在空氣環(huán)境中自發(fā)形成高表面能的二氧化鈦表層，然而這種表層在很短時(shí)間內(nèi)會(huì)吸附空氣中無(wú)機(jī)離子和有機(jī)碳?xì)浠衔?，生成一層附著力極強(qiáng)的致密氧化膜，從而改變表面化學(xué)組成并降低其親水性?，F(xiàn)在部分的理論傾向于親水性表面具有更高的生物活性，利于成骨細(xì)胞的粘附和伸展，從而促進(jìn)早期成骨。所以，如何提高鈦表面親水性成為研究熱點(diǎn)。本文通過(guò)分析比較幾種提升種植體親水性的改性方法，對(duì)其成骨效果做一綜述。

1.噴砂酸蝕表面處理法

噴砂可在種植體表面形成相當(dāng)于骨陷窩的孔洞以增加表面的粗糙度，促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附。但僅進(jìn)行此項(xiàng)處理得到的粗糙表面是不均勻的，且有噴砂材料的顆粒殘留。為形成潔凈均勻的粗糙表面，在噴砂后將種植體浸入不同的酸溶液中，進(jìn)行酸蝕處理。比起單純機(jī)械改性的種植體，酸蝕能蝕刻金屬表面的氧化膜，增加親水性，更好的與成骨細(xì)胞結(jié)合，不僅提高了骨整合能力，而且明顯增加了種植體的扭矩。然而，噴砂酸蝕處理（SLA）的鈦種植體表面暴露于空氣中會(huì)在微觀結(jié)構(gòu)形成碳化組織，使材料表現(xiàn)為疏水特質(zhì)。所以，學(xué)者在惰性氣體保護(hù)下對(duì)純鈦材料及鈦鋯合金材料進(jìn)行噴砂酸蝕，而后保存在0.9%NaCl溶液中，隔絕了碳化污染，還可在種植體表面形成二氧化鈦納米顆粒，或在種植體植入機(jī)體前，將種植體浸泡在調(diào)節(jié)液中，改善種植體表面的化學(xué)組成，提高表面能。形成具有接觸角接近0°的超親水表面，可更多更快的吸附血液中多種蛋白質(zhì)成分，促進(jìn)骨整合，提高種植修復(fù)的速率和成功率。

2.激光表面處理法

激光處理種植體過(guò)程中，不直接接觸表面，不生成新的雜質(zhì)污染，加工精度高，高熱影響區(qū)小。有學(xué)者利用激光對(duì)鋯種植體進(jìn)行改性，植入美國(guó)獵狐犬中3個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，鋯種植體的初期穩(wěn)定性，二期穩(wěn)定性和骨結(jié)合率方面與鈦種植體無(wú)顯著性差異。通過(guò)控制激光能量密度，能使鈦形成超親水性表面，并在大氣環(huán)境中維持30天左右。利用飛秒激光還可在純鈦表面制備出具有多級(jí)粗糙度有利于細(xì)胞攀附生長(zhǎng)的形貌，提高了種植體的生物相容性，促進(jìn)種植體表面的成骨細(xì)胞黏附和生長(zhǎng)。有學(xué)者通過(guò)飛秒激光在含有2mg/ml的納米羥基磷灰石溶液中對(duì)種植體改性，使種植體表面能同時(shí)形成微觀形貌并沉積鈣磷涂層，隨著激光輻照能量的增大，可促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附。這種改性方法比SLA具有更強(qiáng)的骨結(jié)合力。而激光煅燒處理的Ti-6Al-4V種植體較傳統(tǒng)機(jī)械加工的種植體具有更好的成骨性能。

3.表面氧化法

利用陽(yáng)極氧化法可在純鈦表面形成分布均勻、排列整齊有序的TiO2納米管陣列，促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附和骨整合能力。納米管的管徑對(duì)生物效應(yīng)具有較大的影響。目前的生物學(xué)研究主要集中在30-100nm管徑之間，其中70-100nm管徑的TiO2納米管能顯著促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化及更好的促進(jìn)種植體周?chē)钦系男阅堋Ｑ芯堪l(fā)現(xiàn)，當(dāng)納米管徑從30nm增長(zhǎng)到190nm，接觸角由35°降為2°。Yoriya等采用陽(yáng)極氧化法，以含有0.5%-2%氫氟酸的二甘醇為電解液，在鈦片上制備出了直徑達(dá)350nm的TiO2納米管陣列。他們將氧化處理時(shí)間延長(zhǎng)至120h，并認(rèn)為陽(yáng)極氧化時(shí)間對(duì)于納米管直徑的作用要顯著地強(qiáng)于氧化處理電壓，氫氟酸含量和氧化處理時(shí)間共同決定了納米管的直徑。

而Aiempanakit研究認(rèn)為，陽(yáng)極氧化率和納米管長(zhǎng)度隨著電壓的升高而顯著增加，納米管徑也與氧化電壓直接相關(guān)。以上研究表明，納米管的直徑和長(zhǎng)度，受電解液，氧化時(shí)間和氧化強(qiáng)度共同決定。隨著納米管徑的增大，親水性和表面能增加。雖然大管徑納米管在藥物緩釋方面具有更大的優(yōu)勢(shì)，但其生物利用度仍缺乏相關(guān)研究。Bayati等利用微弧氧化法在摻雜釩的鈦表面形成了比TiO2納米管更親水的表面。部分學(xué)者通過(guò)雙熒光標(biāo)記法在兔股骨髁部植入具有“腦回形”形貌的微弧氧化TiO2種植體，來(lái)評(píng)價(jià)的骨-種植體結(jié)合的能力。研究發(fā)現(xiàn)類(lèi)“腦回形”形貌氧化層由微米級(jí)溝槽和納米級(jí)孔洞組成，屬超親水性種植體，早期礦化速率較SLA快。此外，紫外光催化作用可增加鈦種植體的骨整合作用。紫外線照射后通過(guò)在表面產(chǎn)生氧空位改變TiO2表面分子結(jié)構(gòu)，使得Ti4+位點(diǎn)轉(zhuǎn)化為T(mén)i3+位點(diǎn)，易吸附空氣中解離的水形成羥基，使水接觸角接近0°。然而這種親水性并不能持續(xù)太久，停止光照，將TiO2薄膜放置黑暗條件下一段時(shí)間后，TiO2薄膜與水的接觸角會(huì)重新恢復(fù)到處理之前的狀態(tài)。所以，近年來(lái)有學(xué)者利用陰極極化，氫氣還原，離子注入等對(duì)納米管進(jìn)行處理，形成氧空位的缺陷結(jié)構(gòu)和Ti-OH，具有更高的表面結(jié)合能和超親水性，可顯著提高其對(duì)紫外光的利用度，波長(zhǎng)范圍甚至可包括可見(jiàn)光，維持較長(zhǎng)時(shí)間的親水性。另外，紫外光催化作用還可減少種植體表面的碳?xì)浠衔镂廴荆岣叻N植體的抗菌性能。

4.涂層技術(shù)

涂層技術(shù)是通過(guò)將生物活性較好的材料附著于種植體，形成具有一定強(qiáng)度的膜層結(jié)構(gòu)，改變種植體表面形態(tài)，提高種植體骨界面的接觸面積和結(jié)合強(qiáng)度，加快整合速度。目前常用的涂層包括鈣磷涂層和生物改性涂層。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在二氧化鈦納米管表面形成分別摻雜10%的鎂和鍶的羥基磷灰石涂層具有最優(yōu)的親水性和表面粗糙度，可加強(qiáng)成骨細(xì)胞活性，促進(jìn)骨整合。而在羥基磷灰石涂層中摻雜銀離子可提高材料表面的親水性和電勢(shì)能，既可提高成骨細(xì)胞的增殖粘附分化，還具有抑菌作用。透鈣磷石比羥基磷灰石易于溶解，在生理?xiàng)l件下具有較快的降解速率，能提供高濃度的鈣離子和磷酸鹽起到快速成骨作用，摻入10%鍶的透鈣磷石涂層由于其能促進(jìn)成骨抑制破骨，具有更好的成骨性能。有學(xué)者在鈣磷涂層加載可促進(jìn)成骨的甲狀旁腺素進(jìn)行生化改性，促進(jìn)早期骨整合。生物改性提高鈦種植體表面的生物活性物質(zhì)可分為細(xì)胞黏附分子和生長(zhǎng)因子兩大類(lèi)。主要為精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）肽鏈和骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（BMP2）。

通過(guò)實(shí)時(shí)PCR檢測(cè)含RGD序列的血漿纖維蛋白涂層與成骨前體細(xì)胞MC3T3-E1聯(lián)合培養(yǎng)的種植體表面，發(fā)現(xiàn)其具有刺激成骨細(xì)胞分化的功能。利用多巴胺在二氧化鈦納米管表面加載BMP2指節(jié)肽，可提高二氧化鈦納米管的親水性，促進(jìn)早期骨整合。

綜上所述，提高種植體親水性可加快種植體的骨整合作用，縮短修復(fù)時(shí)間，提高種植成功率。然而，目前任何一種親水改性技術(shù)均有自身局限性。在空氣中放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)易污染，喪失親水活性。激光改性的種植體成本高，效率低，目前少見(jiàn)應(yīng)用于臨床。二氧化鈦納米管雖然具有良好的親水性及光催化活性，可部分消除種植體表面的污染物，但是其對(duì)光的利用度有限，脫離紫外光輻照后親水性逐漸喪失，不能利用可見(jiàn)光源。帶有涂層的種植體在植入過(guò)程中，有因摩擦被消耗損失的風(fēng)險(xiǎn)。另外，生物改性的種植體在長(zhǎng)時(shí)間放置或高溫、紫外消毒之后，是否還能保存生物活性尚不能肯定。為此，如何設(shè)計(jì)一種多效種植體，使其能長(zhǎng)期穩(wěn)定保持自身親水功能的同時(shí)，還能為臨床提供充足的操作治療時(shí)間，不被機(jī)械損耗，可耐受紫外高溫消毒過(guò)程，仍然值得我們深入研究。 

來(lái)源：醫(yī)脈通