醫(yī)用鈦(Ti)及其合金因具有良好的機械性能、耐腐蝕性和生物相容性等優(yōu)點,已作為牙科種植體材料在臨床上得到廣泛應(yīng)用。然而,Ti種植體本身是一種生物惰性材料,直接植入人體后存在由骨整合不佳引起的松動和感染兩大并發(fā)癥,最終導(dǎo)致種植失敗。諸多研究表明,通過對Ti種植體表面改性能夠賦予其生物活性,因此已被廣大科研和臨床工作者公認為是解決上述問題的有效手段。截止目前,雖然有大量的生物活性涂層被研究者開發(fā)和報道,但真正用于臨床且起到積極效果的卻屈指可數(shù)。究其原因,可能是在種植體表面設(shè)計時沒有統(tǒng)籌考慮其對骨整合各個階段的影響。骨整合是一個隨時間動態(tài)變化的復(fù)雜的生物學過程,主要涉及術(shù)后出血、血凝塊形成、炎癥反應(yīng)、血管新生和新骨生成等。種植體植入后對每個階段的調(diào)控均會影響后續(xù)的生物學事件,并最終決定種植的成敗。本論文基于前期研究基礎(chǔ),采用物理/化學改性方法,制備出五種不同的Ti種植體表面,并系統(tǒng)地研究了其對骨整合中涉及的至少兩個階段的影響,以期對每個階段產(chǎn)生正向調(diào)控,并最終促進種植體骨整合,提高種植成功率。結(jié)果表明,五種涂層結(jié)構(gòu)均可正向調(diào)控骨整合過程的多個階段,且體外實驗結(jié)果得到了體內(nèi)實驗的驗證,文中對相關(guān)機制也進行了深入探討。綜合本論文工作,所取得的主要研究結(jié)果如下:(1)通過磁控濺射鍍膜工藝,在純Ti基體上獲得五種銀(Ag)含量不同的Ti-Ag復(fù)合涂層。隨著Ag含量的升高(1.2 at.%-21.6at.%),Ti-Ag涂層既能長期有效抗菌,又能促進成骨細胞的增殖和分化。此外,該研究表明通過簡便經(jīng)濟的磁控濺射技術(shù)可以在Ti基體表面載入各種活性元素,且活性元素能通過緩釋的過程影響細菌和細胞的長期行為。(2)在上述研究基礎(chǔ)上,首先通過磁控濺射在Ti基體上制備五種硅(Si)含量不同的Ti-Si涂層,隨后采用陽極氧化得到含Si的TiO_2納米管。研究發(fā)現(xiàn),隨著Si含量的升高(1.2 wt.%-10.7wt.%),Ti-Si納米管既能促進成骨細胞的增殖和分化,又能增強內(nèi)皮細胞的功能。此外,該技術(shù)解決了納米管陣列非金屬Si元素的載入問題,并構(gòu)建出可以長期緩釋Si離子的納米管陣列,將納米管的形貌因素與Si的生物功能性有機結(jié)合起來,使Ti種植體兼具成骨和血管新生誘導(dǎo)能力。(3)通過微弧氧化在純Ti基體上制備出微米多孔涂層,隨后采用蒸汽水熱處理制備出表面負載納米級羥基磷灰石(HA)顆粒/柱的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn),負載納米HA顆粒的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)既能通過刺激巨噬細胞營造有利的骨免疫微環(huán)境,又能促進成骨/內(nèi)皮細胞的增殖和分化。此外,上述骨免疫微環(huán)境協(xié)同表面理化性質(zhì)的影響通過多重信號通路(TGF-β、OPG/RANKL和VEGF)進一步促進成骨/內(nèi)皮細胞的功能,最終促進骨整合。相反的是,負載納米HA柱的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)則抑制上述細胞的功能,進而抑制骨整合。(4)在上述研究基礎(chǔ)上,因此我們進一步探索納米HA顆粒的尺寸對骨整合的影響。同樣地,首先通過微弧氧化在純Ti基體上得到微米多孔涂層,隨后采用退火處理得到負載不同尺寸納米級HA顆粒的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn),該微納復(fù)合結(jié)構(gòu)既能通過刺激巨噬細胞營造有利的骨免疫微環(huán)境,又能促進成骨/內(nèi)皮細胞的增殖和分化,且這種影響與納米HA顆粒的尺寸呈正相關(guān)。此外,上述骨免疫微環(huán)境協(xié)同表面理化性質(zhì)的影響能夠通過多重信號通路(TGF-β、OPG/RANKL和VEGF)進一步促進成骨/內(nèi)皮細胞的功能,最終促進骨整合。(5)通過陽極氧化在純Ti基體上制備出不同直徑(15 nm、60nm和120 nm)的TiO_2納米管涂層。研究發(fā)現(xiàn),直徑為15 nm的納米管既能通過上調(diào)血小板活化水平來介導(dǎo)纖維蛋白原鍵合形成致密纖細的血凝塊結(jié)構(gòu),又能促進對骨整合有正向作用的活性因子(PDGF-AB和TGF-β1)的釋放;此外,直徑15 nm的納米管能協(xié)同上述血凝塊結(jié)構(gòu),通過刺激巨噬細胞營造有利的骨免疫微環(huán)境,最終促進骨整合。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4;TG146.23;R318.08
【部分圖文】：

Zarb 等人將骨整合重新定義為“一種隨時間變化的愈合過程，即在負載過程中逐步實現(xiàn)材料與骨組織剛性結(jié)合并穩(wěn)定保持在骨中”[15]。該地解釋了骨整合是隨時間動態(tài)變化的復(fù)雜過程（圖 1-1），主要歷經(jīng)四個同影響的階段：早期血凝塊形成、免疫炎癥反應(yīng)、血管新生和新骨生成[

圖 1-2 GPIIb/IIIa 在血凝塊形成過程中的功能latelet aggregation involves binding of the divalent molecule fibrinogen to thfibrinogen receptor (the GPIIb-IIIa complex)夠?qū)⒀褐杏坞x的纖維蛋白原轉(zhuǎn)化成纖維前體[26]。纖維前體以

血凝塊三維蛋白纖維結(jié)構(gòu)的形成

本文編號：2858926