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【央视新闻客户端】
种植体表面的化学改性方法如下:
钛及钛合金是种植体制备的主要材料。纯钛可在空气环境中自发形成高表面能的二氧化钛表层 ,然而这种表层在很短时间内会吸附空气中无机离子和有机碳氢化合物,生成一层附着力极强的致密氧化膜,从而改变表面化学组成并降低其亲水性。
现在部分的理论倾向于亲水性表面具有更高的生物活性 ,利于成骨细胞的粘附和伸展,从而促进早期成骨。所以,如何提高钛表面亲水性成为研究热点 。本文通过分析比较几种提升种植体亲水性的改性方法 ,对其成骨效果做一综述。
1.喷砂酸蚀表面处理法
喷砂可在种植体表面形成相当于骨陷窝的孔洞以增加表面的粗糙度,促进成骨细胞的黏附。但仅进行此项处理得到的粗糙表面是不均匀的,且有喷砂材料的颗粒残留 。为形成洁净均匀的粗糙表面 ,在喷砂后将种植体浸入不同的酸溶液中,进行酸蚀处理。
比起单纯机械改性的种植体,酸蚀能蚀刻金属表面的氧化膜,增加亲水性 ,更好的与成骨细胞结合,不仅提高了骨整合能力,而且明显增加了种植体的扭矩。然而 ,喷砂酸蚀处理(SLA)的钛种植体表面暴露于空气中会在微观结构形成碳化组织,使材料表现为疏水特质 。
所以,学者在惰性气体保护下对纯钛材料及钛锆合金材料进行喷砂酸蚀 ,而后保存在0.9%NaCl溶液中,隔绝了碳化污染,还可在种植体表面形成二氧化钛纳米颗粒 ,或在种植体植入机体前,将种植体浸泡在调节液中,改善种植体表面的化学组成 ,提高表面能。
2.激光表面处理法
激光处理种植体过程中,不直接接触表面,不生成新的杂质污染,加工精度高 ,高热影响区小。有学者利用激光对锆种植体进行改性,植入美国猎狐犬中3个月后发现,锆种植体的初期稳定性 ,二期稳定性和骨结合率方面与钛种植体无显著性差异 。
通过控制激光能量密度,能使钛形成超亲水性表面,并在大气环境中维持30天左右。利用飞秒激光还可在纯钛表面制备出具有多级粗糙度有利于细胞攀附生长的形貌 ,提高了种植体的生物相容性,促进种植体表面的成骨细胞黏附和生长。
有学者通过飞秒激光在含有2mg/ml的纳米羟基磷灰石溶液中对种植体改性,使种植体表面能同时形成微观形貌并沉积钙磷涂层 ,随着激光辐照能量的增大,可促进成骨细胞的黏附 。这种改性方法比SLA具有更强的骨结合力。而激光煅烧处理的Ti-6Al-4V种植体较传统机械加工的种植体具有更好的成骨性能。
3.表面氧化法
利用阳极氧化法可在纯钛表面形成分布均匀 、排列整齐有序的TiO2纳米管阵列,促进成骨细胞的黏附和骨整合能力。纳米管的管径对生物效应具有较大的影响 。目前的生物学研究主要集中在30-100nm管径之间 ,其中70-100nm管径的TiO2纳米管能显著促进间充质干细胞向成骨细胞分化及更好的促进种植体周围骨整合的性能。
研究发现,当纳米管径从30nm增长到190nm,接触角由35°降为2°。Yoriya等采用阳极氧化法,以含有0.5%-2%氢氟酸的二甘醇为电解液 ,在钛片上制备出了直径达350nm的TiO2纳米管阵列 。
他们将氧化处理时间延长至120h,并认为阳极氧化时间对于纳米管直径的作用要显著地强于氧化处理电压,氢氟酸含量和氧化处理时间共同决定了纳米管的直径。
而Aiempanakit研究认为 ,阳极氧化率和纳米管长度随着电压的升高而显著增加,纳米管径也与氧化电压直接相关。以上研究表明,纳米管的直径和长度 ,受电解液,氧化时间和氧化强度共同决定 。
随着纳米管径的增大,亲水性和表面能增加。虽然大管径纳米管在药物缓释方面具有更大的优势 ,但其生物利用度仍缺乏相关研究。Bayati等利用微弧氧化法在掺杂钒的钛表面形成了比TiO2纳米管更亲水的表面 。部分学者通过双荧光标记法在兔股骨髁部植入具有“脑回形”形貌的微弧氧化TiO2种植体,来评价的骨-种植体结合的能力。
研究发现类“脑回形 ”形貌氧化层由微米级沟槽和纳米级孔洞组成,属超亲水性种植体 ,早期矿化速率较SLA快。此外,紫外光催化作用可增加钛种植体的骨整合作用 。紫外线照射后通过在表面产生氧空位改变TiO2表面分子结构,使得Ti4+位点转化为Ti3+位点,易吸附空气中解离的水形成羟基 ,使水接触角接近0°。
所以,近年来有学者利用阴极极化,氢气还原 ,离子注入等对纳米管进行处理,形成氧空位的缺陷结构和Ti-OH,具有更高的表面结合能和超亲水性 ,可显著提高其对紫外光的利用度,波长范围甚至可包括可见光,维持较长时间的亲水性。
另外 ,紫外光催化作用还可减少种植体表面的碳氢化合物污染,提高种植体的抗菌性能。
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