本文關鍵詞：氬氣保護對純鈦表面生物活性影響的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：研究背景目前,種植體植入后愈合時間較長,骨結合率仍然很低,增加了種植體長期穩(wěn)定的風險。種植體植入體內后大約需要6-12周的時間才能夠進行臨床負重,較長的修復周期在一定程度上限制了種植修復的臨床應用。研究表明,在種植體早期愈合過程中種植失敗的風險最大。愈合的時間越長,種植失敗的各種風險就會越高。因此更快更好的骨結合是臨床醫(yī)生和廣大患者所追求和期待的目標。研究表明,鈦表面生物活性隨著儲存時間的增加而降低的情況,即鈦表面生物活性出現(xiàn)的老化現(xiàn)象。經過噴砂酸蝕表面處理制備完成的種植體置于空氣中干燥會由相對親水性變成疏水性。種植體的表面活性的影響因素包括：種植體的表面形貌、分子結構、元素組成、表面自由能、親疏水性、電荷狀態(tài)等。大量研究資料顯示,疏水性的種植體表面將減少蛋白吸附,同時潤濕性差也會影響材料表面接觸機體血液成分的初始狀態(tài)及其細胞反應,從而影響種植體生物活性的發(fā)揮,甚至可以影響到骨結合的長期效果。研究表明,由于儲存時間較長而老化的種植體經過紫外線輻照后,種植體表面活性可以提高,使表面自由能增強并獲得親水特性,同時促進蛋白的吸附、成骨細胞粘附、增殖和分化,甚至能夠促進骨結合,顯示出了種植體良好的生物相容性。本課題組前期通過紫外線光催化技術處理純鈦表面并進行理化分析以及細胞學實驗,成功獲得了具有高表面能及生物活性的表面。處理后的鈦表面能夠促進MG63成骨細胞的粘附、增殖、分化和礦化。但是這些處理后的鈦表面經過一段時間的儲存后,這種良好的效應逐漸消失。經過其他途徑處理的鈦種植體表面獲得高表面能和高生物活性后,隨著儲存時間的增加表面能和表面活性逐漸降低,這表明鈦表面的生物活性具有一定的時效性,老化現(xiàn)象普遍存在。而導致這種老化顯現(xiàn)的原因還不明確。最近大量研究表明,純鈦表面在空氣中極短時間內就會吸附空氣中無機離子和有機碳氫化合物以及一些雜質,從而造成種植體表面的污染,使種植體表面發(fā)生“老化”現(xiàn)象。老化受污染的純鈦表面生物學活性較新制備的純鈦要低,這種受污染的純鈦表面可以改變表面化學組成和表面能,從而影響早期蛋白和細胞在表面的粘附、增殖和分化,最終影響骨整合的建立。大量的研究表明,種植體植入后與骨組織之間形成骨結合的速度和強度與植體表面的生物活性密切相關。種植體植入機體后,植體與骨組織間有兩種愈合形式：距離成骨和接觸成骨。距離成骨是指新生骨從原有的骨壁向種植體方向生長,最后與種植體表面附著產生骨結合。接觸成骨是指成骨細胞直接在種植體表面沉積、增殖,與原骨壁周圍骨細胞形成新骨網,是一種雙向成骨模式。研究表明：接觸成骨的骨形成速度較距離成骨的成骨速度快30%。接觸成骨在植體表面形成的編織骨有利于增加種植體初期穩(wěn)定性。因此,老化受污染的純鈦表面不利于接觸成骨的發(fā)生,不利于新生骨組織在植體周圍形成,使種植失敗風險增大。種植體制備過程較復雜,從最初的鈦材料到最后成為商品,中間要經歷眾多繁瑣的程序,包括機床加工,種植體表面處理,清洗,消毒殺菌,包裝儲存等等,制備和儲存的過程中難免與空氣接觸。目前種植體常規(guī)的儲存方式為常溫常壓保存于密封小瓶里,可以長時間接觸空氣,那么表面處理完成的種植體,在這種常規(guī)儲存模式下是否會繼續(xù)受到空氣的污染而繼續(xù)產生老化呢?對于這方面的研究目前為止還未見報道。因此基于這些考慮,小心的隔絕空氣與種植體的接觸,避免表面受到空氣的再污染造成表面化學結構的繼續(xù)改變是非常有必要的。避免經過表面處理的種植體表面的再污染是否有利于種植體周圍早期新骨的形成?是否更利于種植體的骨結合?這些仍需要進行對比研究。惰性氣體在常溫常壓都是無色無味的單原子氣體,它們的最外電子層的電子已“滿”,所以它們非常穩(wěn)定,極少進行化學反應。氬氣作為一種惰性氣體的化學性質很不活潑,常用做工業(yè)生產中的保護氣。如金屬焊接時用氬氣保護隔絕空氣污染,防止高溫下金屬和空氣中的氧氣等發(fā)生反應。研究證明在氬氣保護下對純鈦表面進行等離子噴涂,有效的隔絕空氣中雜質的污染,保持了純鈦表面高表面能,還可以大大地降低表面碳氫化合物的吸附,促進種植體周圍早期的骨形成。純鈦種植體表面處理技術的研究在過去的幾十年成為一大熱點：如噴砂酸蝕、鈦漿涂層、羥基磷灰石涂層、微弧氧化、激光處理等。其中噴砂酸蝕已成為國際上使用最為廣泛的種植體表面處理之一,是被研究得最多的一種表面處理方法。無論從其粗糙度、表面形貌還是骨引導性和生物相容性方面,都有許多的研究報道,噴砂酸蝕處理的表面具有良好的機械特性和生物相容性已經得到了公認,已經成為一種比較成熟的表面處理方法。本文旨在以噴砂酸蝕純鈦表面為基礎,研究在氬氣保護下制備出的純鈦種植體是否可以有效地減少與空氣的接觸,隔絕空氣的污染,從而使鈦種植體保持高表面能和表面活性,促進種植體周圍早期成骨,高效、快速的建立骨整合,最終順利度過植入后2-4周相對風險較高的危險期,提高種植成功率。研究目的1、探討隔絕空氣對純鈦種植體表面的再污染對其理化性質的影響2、探討隔絕空氣對純鈦種植體表面的再污染對其表面生物活性及早期成骨效應的影響研究方祛1.樣本的制備及分組將進口四級純鈦通過數(shù)控機床切割成直徑15mm,厚度1.0mm的鈦片和圓柱狀鈦種植體(有效長度為6mm,直徑3.5mm,螺紋深度0.75mm)。用碳化硅磨砂紙400#,800#,1000#,1200#依次打磨鈦片,然后用丙酮、無水乙醇和去離子水依次清洗各2次,每次15分鐘。繼而用120μm直徑氧化鋁顆粒垂直樣本進行高壓噴砂,進一步用18%鹽酸和49%硫酸在60℃下對樣本進行酸蝕30分鐘。分組：分別在空氣和氬氣保護下對鈦片和鈦種植體依次用丙酮、無水乙醇和去離子水清洗各2次,每次15分鐘,對照組保存在密封小瓶,實驗組保存在充滿氬氣的密封小瓶中,以25 kGy的Y射線進行消毒12h后儲存,從而制備出對照組和氬氣保護組樣本,樣本制備后3天和2周用于檢測或動物實驗。2.鈦片表面理化性能的檢測：用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM),觀察鈦片表面形貌。用表面接觸角測量儀,測量1μl水滴于鈦片表面的接觸角大小。采用表面形貌儀測量表面粗糙度。用X射線光電子能譜儀在高真空狀態(tài)下(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)檢測氬氣保護下鈦片表面化學結構組成,以評估兩組間鈦片表面理化性能及差異。3.動物實驗：1)實驗動物及分組情況：成年雄性健康的Beagle犬共4只,15個月齡,體重為15±0.2kg。按隨機分配的原則,將4只成年雄性健康Beagle犬分為2周組和4周組,每組各2只。分別在其后腿脛骨上段植入這兩種表面處理的植體,采用左右兩側脛骨對照設計,每側beagle犬脛骨植入6枚種植體,自近心端至遠心端編號為1-6,每一種處理的植體各三枚。每一條beagle犬脛骨植入種植體12枚種植體,4只beagle犬共植入48枚種植體。其中空氣暴露處理組和氬氣保護處理組各有24枚種植體樣本。2)種植體植入：Beagle犬術前12小時禁飲食,術前半小時肌注青霉素鈉40萬u,以速眠新0.2 ml/kg和戊巴比妥鈉0.5 ml/kg行肌肉注射全身麻醉。麻醉生效后實驗動物仰臥位,固定后術區(qū)脫毛、消毒、鋪巾。沿脛骨表面切開皮膚、皮下組織、骨膜,剝離暴露脛骨干骺端,于干骺端遠心端約2cm-8cm范圍,以種植體間距1cm備種植窩。植入種植體,種植窩大小與種植體完全一致,使種植體外側螺紋貼著制備的種植窩骨壁。植入完成后,術區(qū)分層對位縫合創(chuàng)口。術后肌肉注射慶大霉素80mg/d預防感染,共注射5d。3)熒光雙標記法：4只實驗用Beagle犬均將骨熒光標記物四環(huán)素于處死前第14、13天以25mg/ml注射,鈣黃綠素于處死前第4、3天以5mg/ml注射。每天注射一次,連續(xù)注射兩天。4)實驗樣本的處理：分別于2和4周時間點對實驗動物以過量的麻醉藥致死,將帶有種植體段的脛骨取下,清洗、去除軟組織后以10%福爾馬林固定。固定完全后用梯度酒精脫水,最后用樹脂包埋。5)實驗樣本的檢測：標本用硬組織切片機以近遠中方向切成150μm左右厚度硬組織切片,然后打磨拋光至30μm左右,用熒光顯微鏡觀察并拍攝組織切片,隨后用甲苯胺藍染色,用光學顯微鏡觀察拍攝組織切片,最后用圖像分析軟件定量分析種植體-骨接觸(Bone-implant contact, BIC)和新生骨面積(Bone area, BA)。BIC測量以每個骨環(huán)直接與種植體接觸的骨長度/骨環(huán)總長度計算×100%,BA測量以每個骨環(huán)內新生骨面積/梯形骨環(huán)總面積×100%。扭出力矩實驗用扭出儀器進行測量,種植體松動的一瞬間力矩值為扭出力矩值,記錄用于統(tǒng)計分析,反應種植體骨結合強度。統(tǒng)計分析所有數(shù)據(jù)以平均值x±s標準差表示,假設檢驗為雙側檢驗。用SPSS13.0統(tǒng)計學軟件進行統(tǒng)計學分析,如涉及分組和時間兩個處理因素,先用析因設計進行分析是否存在交互效應。進一步采用兩獨立樣本t檢驗方法進行統(tǒng)計學分析。如只有分組一個處理因素時,直接采用兩獨立樣本t檢驗方法進行統(tǒng)計學分析。檢驗水準α=0.05,P0.05時各組間差異具有統(tǒng)計學意義。實驗結果1.表面形貌和表面親水性氬氣保護下制備組鈦片和空氣暴露制備組鈦片表面形貌大致一樣,沒有差異,均為表面均勻一致的微納米孔隙。兩組鈦片表面粗糙度相似,差異無統(tǒng)計學意義(t=-0.232,P=0.821)�？諝庵泻蜌鍤獗Ｗo條件下立刻制備的鈦片親水性均較好,1 μl ddH20在兩組實驗鈦片表面的靜態(tài)水接觸角都基本為0℃℃。隨著3 d、2 w時間的延長,兩組鈦片表面親水性均有不同程度下降,相對于暴露在空氣中組,氬氣保護下鈦片表面在兩個時間點3d(t=20.328,P=0.000)和2 w(t=23.494,P=0.000)親水性下降較小2.表面化學結構組成X射線光電子能譜分析(保存3d和2w值)兩組鈦片樣本表面含有化學元素大致一樣,均含有Ti、C、O、Al、N等元素。其中,相對于空氣暴露組C(43.6%)、Ti(17.8%)、O(32.5%),實驗組C(24.3%)有明顯的下降,Ti(29.5%)和O(38.3%)有一定的上升,說明一方面氬氣保護組可以很好隔絕空氣中的含碳氣體和其它有機吸附物,另一方面,氬氣并不會被吸附到鈦片表面,造成污染。從化學組成結構上看,相對于空氣暴露組,C元素結合能在284.8 eV和286.4 eV處均有不同程度下降,而284.8 eV結合能峰屬于C-C, C-H,主要來自于空氣中的碳氫化合物,286.4 eV結合能峰屬于C-O,主要是空氣中的有機吸附物。說明了鈦片在空氣中隨著時間的延長會不斷與空氣接觸,會吸附空氣中的污染物,而氬氣保護下則可以很好的隔絕空氣,避免造成物理吸附的污染。3.種植體-骨整合程度測量按照種植體植入模式所示于比格犬脛骨干骺端遠心端2cm處開始植入種植體,種植體間距為1cm,近心端4枚植體用于后期作硬組織切片計算BIC,遠心端2枚植體用于后期評估種植體扭出力矩。前期實驗解剖比格犬脛骨得知脛骨干骺端遠心端約2cm-9cm由較均勻一致的外層皮質骨和中央髓腔構成。硬組織熒光磨片中可見有兩種熒光顯示,為黃色和綠色,分別為四環(huán)素和鈣黃綠素的顏色。通過實驗觀察,黃色較綠色略弱,分析可能四環(huán)素注射時間較長有一定的代謝,而且綠光遮蔽黃色所造成。另外,在切片中發(fā)現(xiàn)無論是對照組還是實驗組骨髓腔中僅有微量的骨形成,因此本實驗中BIC以皮質骨區(qū)成骨情況進行組間比較。在甲苯胺藍染色的硬組織切片中,可見骨環(huán)中新生的骨組織染為淡藍色,另外見到成骨細胞和類骨質成分。相對于對照組,實驗組骨環(huán)中成骨效果較好,有大量的新骨形成,而且骨小梁較粗大。經統(tǒng)計學分析,2 w和4 w時實驗組種植體骨接觸面積BIC分別為34.26±5.08%和50.81±7.05%,均顯著大于對照組2 w(t=-5.653, P=0.000),4 w (t=-6.008, P=0.000)。2 w和4 w時實驗組種植體骨接觸面積BA分別為20.06±4.94%和34.22±4.33%,均顯著大于對照組2w (t=-3.618, P=0.004),4 w (t=-3.516,P=0.001)。實驗組扭出力矩值顯著高于對照組2 w(t=-3.912,P=0.008)和4 w(t=-2.583,P=0.042)。結論1.種植體常規(guī)制備后表面不可避免的會被空氣中的有機物或雜質所污染,導致表面生物活性降低。2.常規(guī)經過表面處理的鈦種植體隔絕空氣保存不會對種植體表面形貌造成影響。3.氬氣保護下的經過常規(guī)處理制備完成的鈦種植體,可以有效地隔絕空氣的污染,保持鈦表面高生物活性,更有利于早期骨結合的形成。4.常規(guī)經過表面處理的鈦種植體暴露在空氣中短時間就會被污染,其原因主要是碳氫化合物的增加,可能還會有其它一些影響因素還需要進一步探討。
【關鍵詞】：氬氣 碳氫化合物 牙種植體 接觸成骨 骨整合
【學位授予單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R783.6
【目錄】：

• 摘要3-10
• ABSTRACT10-22
• 前言22-28
• 第一章 實驗純鈦種植體的制備與表面處理28-42
• 1.1 材料與設備28-29
• 1.2 實驗方法29-32
• 1.3 結果32-33
• 1.4 討論33-40
• 1.5 小結40-42
• 第二章 氬氣保護下制備的鈦片表面理化性質測定42-55
• 2.1 材料和儀器42
• 2.2 實驗方法42-44
• 2.3 結果44-50
• 2.4 討論50-53
• 2.5 小結53-55
• 第三章 氬氣保護下制備鈦種植體動物實驗的研究55-82
• 3.1 材料和儀器55-56
• 3.2 實驗動物及實驗方法56-64
• 3.3 結果64-70
• 3.4 討論70-81
• 3.5 小結81-82
• 全文總結82-84
• 綜述84-91
• 參考文獻91-105
• 中英文縮略詞表105-106
• 成果106-107
• 致謝107-110
• 統(tǒng)計學證明110

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：氬氣保護對純鈦表面生物活性影響的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：351334