作者：盧燃，陳溯，張振庭，首都醫(yī)科大學附屬北京口腔醫(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間內會吸附空氣中無機離子和有機碳氫化合物，生成一層附著力極強的致密氧化膜，從而改變表面化學組成并降低其親水性?，F在部分的理論傾向于親水性表面具有更高的生物活性，利于成骨細胞的粘附和伸展，從而促進早期成骨。所以，如何提高鈦表面親水性成為研究熱點。本文通過分析比較幾種提升種植體親水性的改性方法，對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于骨陷窩的孔洞以增加表面的粗糙度，促進成骨細胞的黏附。但僅進行此項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，進行酸蝕處理。比起單純機械改性的種植體，酸蝕能蝕刻金屬表面的氧化膜，增加親水性，更好的與成骨細胞結合，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在微觀結構形成碳化組織，使材料表現為疏水特質。所以，學者在惰性氣體保護下對純鈦材料及鈦鋯合金材料進行噴砂酸蝕，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，或在種植體植入機體前，將種植體浸泡在調節(jié)液中，改善種植體表面的化學組成，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成分，促進骨整合，提高種植修復的速率和成功率。
2.激光表面處理法
激光處理種植體過程中，不直接接觸表面，不生成新的雜質污染，加工精度高，高熱影響區(qū)小。有學者利用激光對鋯種植體進行改性，植入美國獵狐犬中3個月后發(fā)現，鋯種植體的初期穩(wěn)定性，二期穩(wěn)定性和骨結合率方面與鈦種植體無顯著性差異。通過控制激光能量密度，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粗糙度有利于細胞攀附生長的形貌，提高了種植體的生物相容性，促進種植體表面的成骨細胞黏附和生長。有學者通過飛秒激光在含有2mg/ml的納米羥基磷灰石溶液中對種植體改性，使種植體表面能同時形成微觀形貌并沉積鈣磷涂層，隨著激光輻照能量的增大，可促進成骨細胞的黏附。這種改性方法比SLA具有更強的骨結合力。而激光煅燒處理的Ti-6Al-4V種植體較傳統(tǒng)機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，促進成骨細胞的黏附和骨整合能力。納米管的管徑對生物效應具有較大的影響。目前的生物學研究主要集中在30-100nm管徑之間，其中70-100nm管徑的TiO2納米管能顯著促進間充質干細胞向成骨細胞分化及更好的促進種植體周圍骨整合的性能。研究發(fā)現，當納米管徑從30nm增長到190nm，接觸角由35°降為2°。Yoriya等采用陽極氧化法，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350nm的TiO2納米管陣列。他們將氧化處理時間延長至120h，并認為陽極氧化時間對于納米管直徑的作用要顯著地強于氧化處理電壓，氫氟酸含量和氧化處理時間共同決定了納米管的直徑。
而Aiempanakit研究認為，陽極氧化率和納米管長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。以上研究表明，納米管的直徑和長度，受電解液，氧化時間和氧化強度共同決定。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，但其生物利用度仍缺乏相關研究。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。部分學者通過雙熒光標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，來評價的骨-種植體結合的能力。研究發(fā)現類“腦回形”形貌氧化層由微米級溝槽和納米級孔洞組成，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。紫外線照射后通過在表面產生氧空位改變TiO2表面分子結構，使得Ti4+位點轉化為Ti3+位點，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間后，TiO2薄膜與水的接觸角會重新恢復到處理之前的狀態(tài)。所以，近年來有學者利用陰極極化，氫氣還原，離子注入等對納米管進行處理，形成氧空位的缺陷結構和Ti-OH，具有更高的表面結合能和超親水性，可顯著提高其對紫外光的利用度，波長范圍甚至可包括可見光，維持較長時間的親水性。另外，紫外光催化作用還可減少種植體表面的碳氫化合物污染，提高種植體的抗菌性能。
4.涂層技術
涂層技術是通過將生物活性較好的材料附著于種植體，形成具有一定強度的膜層結構，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合強度，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。有學者發(fā)現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，可加強成骨細胞活性，促進骨整合。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能，既可提高成骨細胞的增殖粘附分化，還具有抑菌作用。透鈣磷石比羥基磷灰石易于溶解，在生理條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成骨抑制破骨，具有更好的成骨性能。有學者在鈣磷涂層加載可促進成骨的甲狀旁腺素進行生化改性，促進早期骨整合。生物改性提高鈦種植體表面的生物活性物質可分為細胞黏附分子和生長因子兩大類。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）。
通過實時PCR檢測含RGD序列的血漿纖維蛋白涂層與成骨前體細胞MC3T3-E1聯合培養(yǎng)的種植體表面，發(fā)現其具有刺激成骨細胞分化的功能。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，縮短修復時間，提高種植成功率。然而，目前任何一種親水改性技術均有自身局限性。在空氣中放置時間過長易污染，喪失親水活性。激光改性的種植體成本高，效率低，目前少見應用于臨床。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，不能利用可見光源。帶有涂層的種植體在植入過程中，有因摩擦被消耗損失的風險。另外，生物改性的種植體在長時間放置或高溫、紫外消毒之后，是否還能保存生物活性尚不能肯定。為此，如何設計一種多效種植體，使其能長期穩(wěn)定保持自身親水功能的同時，還能為臨床提供充足的操作治療時間，不被機械損耗，可耐受紫外高溫消毒過程，仍然值得我們深入研究。
來源：醫(yī)脈通
