本文關(guān)鍵詞： 種植體 表面處理 激光酸蝕 噴砂酸蝕 納米管　出處：《南方醫(yī)科大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：研究背景與目的 自上世紀(jì)中期口腔種植技術(shù)出現(xiàn)以來,種植牙修復(fù)以其無需損傷鄰牙、咀嚼功能恢復(fù)好、舒適美觀等優(yōu)點(diǎn),在眾多修復(fù)技術(shù)中脫穎而出,為越來越多的患者所接受。種植牙修復(fù)已成為治療牙列缺損,恢復(fù)牙頜系統(tǒng)功能的最理想方法之一。 良好的骨結(jié)合是牙種植體成功修復(fù)的基礎(chǔ)和前提,而表面處理是影響骨結(jié)合的一個(gè)重要因素。目前口腔種植醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的種植體材料是鈦及鈦合金,鈦及鈦合金具有優(yōu)良的機(jī)械性能和生物相容性,但是鈦金屬屬于生物惰性材料,植入體內(nèi)后形成功能性修復(fù)需要較長的愈合時(shí)間,且植入體周圍組織反應(yīng)呈非特異性和隨機(jī)性的,與骨組織界面主要是機(jī)械鎖合方式的物理整合,缺乏有效的化學(xué)結(jié)合。為了使鈦種植材料獲得更好的生物相容性,促進(jìn)更迅速的骨整合,其表面處理一直是口腔種植的研究熱點(diǎn)之一。 種植體表面處理指用物理和化學(xué)的方法,制備出粗糙的表面,使之具有更好的生物黏附力、表面親水性、骨組織親和性和適宜的電勢能等。根據(jù)其處理方式可大致歸類為以下三種：表面加成法、表面減成法和其他方法。加成法表面處理技術(shù)包括：陽極氧化法、鈦漿噴涂法、羥基磷灰石涂層；減成法表面處理技術(shù)包括：表面噴砂法、表面酸蝕法、表面噴砂后加酸蝕法；其他方法包括激光融蝕、微弧氧化等。 種植體表面經(jīng)過處理,可顯著改變其表面性能,從而促進(jìn)骨結(jié)合的形成,提高種植的成功率。種植體表面粗化處理后,其表面張力增加,對成骨細(xì)胞的吸附、分化、擴(kuò)增以及界面的早期骨結(jié)合均具有積極作用,對軟骨細(xì)胞的分化和擴(kuò)增也產(chǎn)生積極影響,現(xiàn)已普遍應(yīng)用于臨床。研究表明微米級表面形貌能增加骨結(jié)合面積、穩(wěn)定細(xì)胞外基質(zhì)蛋白支架及血凝塊,為成骨細(xì)胞提供穩(wěn)定的增殖分化微環(huán)境；納米級表面形貌模仿天然細(xì)胞生長環(huán)境,可以促進(jìn)蛋白的吸附、成骨細(xì)胞的附著和增殖分化。同時(shí)具微米和納米的表面形態(tài)已成為未來種植體表面處理的發(fā)展趨勢。 大量的研究表明非涂層的種植體表面處理相對于涂層的表面處理方法更有優(yōu)勢,是目前種植體表面處理的主流。當(dāng)前國際上使用最為廣泛的種植體表面是噴砂酸蝕(Sand Blast and Acid Etching, SLA)表面,因其良好的機(jī)械生物相容性和骨引導(dǎo)性已經(jīng)得到了臨床實(shí)踐的驗(yàn)證。處理技術(shù)首先是用大的Al2O3顆粒在特定的壓力和時(shí)間控制下,通過高速氣流對種植體表面進(jìn)行粗化處理,常用的噴砂材料是直徑25μm～250μm的Al2O3顆粒,大顆粒噴砂能在種植體表面形成10～30μm凹坑,這些凹坑具有促成骨的作用；酸蝕技術(shù)也廣泛運(yùn)用于臨床種植體的表面改性,而經(jīng)過酸蝕后,種植體表面獲得大量的微孔(大小主要為1～3μm),另外酸蝕技術(shù)降低了噴砂處理后的種植體表面污染,酸蝕處理清除部分鑲嵌的噴砂顆粒,消除了異種元素的污染,使種植體表面清潔,形態(tài)較均一、規(guī)則,表面積相對增大,表面鈦離子的溶出速度降低,種植骨結(jié)合形成率增加。然而噴砂加酸蝕的表面處理方法也存在一定的缺點(diǎn)：如噴砂操作的不可控性,其形成的孔坑大小不確定可直接影響種植體表面的成骨效能；此外,SLA的表面處理技術(shù)后的種植體表面會(huì)嵌留下一些不利于骨結(jié)合的顆粒如Al2O3等。 激光具有處理準(zhǔn)確、效率高和可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛地用于金屬表面處理。近年來,隨著激光加工和口腔種植學(xué)的不斷進(jìn)步,激光表面處理新技術(shù)逐漸被引進(jìn)種植體表面處理的領(lǐng)域。與噴砂、酸蝕等傳統(tǒng)的種植體表面處理技術(shù)不同的是,激光表面處理是一種非接觸性的清潔技術(shù),其具有準(zhǔn)確可控、高度重復(fù)性、高效率性等特點(diǎn),它能在純鈦的表面產(chǎn)生獨(dú)特的表面形貌和表面物質(zhì)構(gòu)成,還能增加鈦表面的耐腐蝕性等。采用激光對種植體進(jìn)行表面處理,可在其表面融蝕出大小形態(tài)均勻的孔洞,不會(huì)污染種植體的表面,并且不會(huì)在種植體表面生成新的雜質(zhì)。研究表明,激光蝕刻聯(lián)合酸蝕可增加骨細(xì)胞的吸附,提高骨結(jié)合效果。Cho等在兔子脛骨內(nèi)植入激光融蝕后表面為凹坑的種植體,以光滑面種植體做對照,可顯著增加扭力,增加骨接觸面積,更利于骨細(xì)胞生長。 隨著納米技術(shù)的發(fā)展,金屬材料的表面結(jié)構(gòu)研究也進(jìn)入了納米時(shí)代。二氧化鈦(TiO2)納米管是一種在鈦金屬表面加工出的納米級多孔狀結(jié)構(gòu),是由大量與材料表面相垂直的納米級管狀結(jié)構(gòu)組成,可有效的增加種植體表面積,增強(qiáng)表面能。2001年,Gong等首次報(bào)道采用鈦為基底,以電化學(xué)的陽極氧化方法在氫氟酸電解液中制出了均勻有序的TiO2納米管,這樣制備的TiO2納米管以均勻整齊的陣列排列,并以肖特基勢壘和金屬鈦導(dǎo)電基底直接相連,結(jié)合很牢固,呈現(xiàn)出極高的有序性和極低的團(tuán)聚性,具有較大的表面積、較強(qiáng)的吸附能力和較高的量子效應(yīng),能產(chǎn)生特異的納米效應(yīng)。近來的研究發(fā)現(xiàn)TiO2納米管在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有潛在的應(yīng)用價(jià)值。KarlaS在體外實(shí)驗(yàn)觀察到納米管可促進(jìn)牛血管上皮細(xì)胞的伸展、遷移。Seimghan等的研究發(fā)現(xiàn)在具有納米管形貌的材料表面,成骨細(xì)胞的細(xì)胞突可伸到納米管內(nèi),提高成骨細(xì)胞的增殖達(dá)300%-400%。在動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,Kubota發(fā)現(xiàn)大鼠股骨納米管種植體顯示出優(yōu)良的骨再生效果。這些研究表明TiO2納米管結(jié)構(gòu)能促進(jìn)成骨細(xì)胞在種植材料上初期的黏附、增殖,并可促進(jìn)骨組織的修復(fù)再生。 納米結(jié)構(gòu)較微米結(jié)構(gòu)更能促進(jìn)成骨細(xì)胞的生長,其原因在于①納米結(jié)構(gòu)有仿生作用,骨無機(jī)礦物的直徑為納米級；②納米結(jié)構(gòu)增加種植體表面積,可為骨細(xì)胞黏附提供更多的位點(diǎn)；③細(xì)胞的突觸可以伸入納米管結(jié)構(gòu),成為錨點(diǎn),從而促進(jìn)細(xì)胞的黏,附和生長；④納米結(jié)構(gòu)能吸附細(xì)胞外基質(zhì)蛋白,改變蛋白的構(gòu)象,促進(jìn)受體識別后細(xì)胞的黏附和生長。研究證實(shí)納米結(jié)構(gòu)可以誘導(dǎo)類骨磷灰石在材料與組織界面形成,同時(shí)納米結(jié)構(gòu)的材料表面對蛋白分子有較強(qiáng)的吸附作用,納米級的蛋白質(zhì)能夠特異性的“識別”納米級的表面結(jié)構(gòu),黏附后的蛋白分子構(gòu)型和活性會(huì)較之前發(fā)生改變。沉積于材料表面的類骨磷灰石及黏附于材料表面的蛋白質(zhì)、多肽、細(xì)胞因子等可以通過細(xì)胞表面的配體位點(diǎn)、離子通道等將材料信號轉(zhuǎn)化成為細(xì)胞可識別的生物信號,傳導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi),啟動(dòng)第二信號通路,從而促進(jìn)骨髓基質(zhì)細(xì)胞/成骨細(xì)胞的聚集、黏附、增殖、分化、細(xì)胞骨架鋪展及分泌基質(zhì)和礦化一系列反應(yīng)。 Kubota的研究表明TiO2納米管的促進(jìn)骨組織生長的效果優(yōu)于羥基磷灰石。羥基磷灰石具有骨誘導(dǎo)性,這表明TiO2納米管具有與之相似的作用,說明TiO2納米管在牙種植體的臨床應(yīng)用上具有很大的應(yīng)用潛能。 結(jié)合多種方法對種植體表面進(jìn)行加工是目前種植體表面處理研究的趨勢,例如將微弧載銀和非載銀、噴砂酸蝕與微弧氧化等綜合處理方法相互比較骨結(jié)合效果和表面活性,還有學(xué)者將種植體表面先噴砂酸蝕,再加激光處理來觀察其表面生物效應(yīng)；Prodanov L在噴砂酸蝕處理與單純激光處理的對比性研究發(fā)現(xiàn),兩者均獲得了良好的骨結(jié)合效果。 盡管目前已經(jīng)有不少的有關(guān)噴砂酸蝕和激光的研究,但仍未見有對激光酸蝕加納米管和噴砂酸蝕的對比性研究的報(bào)道,究竟激光酸蝕結(jié)合納米管(laser/acid/nanotubes modifying,LAN)處理是否比噴砂加酸蝕這一經(jīng)典的表面處理方法更好的效果?本課題組前期已經(jīng)對激光酸蝕和噴砂酸蝕的表面進(jìn)行對比性研究,發(fā)現(xiàn)兩者具有相似的引導(dǎo)骨再生效應(yīng)和生物相容性。本次的研究擬在激光酸蝕的基礎(chǔ)上,結(jié)合納米管處理的方法,再與噴砂酸蝕的表面在理化性質(zhì)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行對比,對這兩種表面處理方法作進(jìn)一步的研究,為尋求更好的種植體表面處理技術(shù)奠定基礎(chǔ)。 方法 1.實(shí)驗(yàn)種植體的制備：根據(jù)預(yù)先確定的表面處理方法及相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù),制備出符合實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的種植體。 2.形貌及理化性質(zhì)的檢測：通過掃描電子顯微鏡、BMT Experi3D表面形貌儀分別對噴砂酸蝕(SLA)和激光酸蝕加納米管(LAN)這兩種表面的形貌特征、粗糙度進(jìn)行分析,評估這兩處理組表面的理化性能特征的異同。 3.實(shí)驗(yàn)種植體的植入：選擇Beagle犬作為SLA和LAN表面對比性研究的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,按隨機(jī)分配的原則,分別在其雙側(cè)下頜骨和脛骨植入這兩種表面的植體,每側(cè)下頜骨共植入5枚種植體,編號從前往后編號為1-5號,脛骨編號從上往下編號為1-4號,每種處理組各4枚。 4.組織學(xué)觀察：將帶種植體的骨組織標(biāo)本制作成不脫鈣的骨組織切片,按實(shí)驗(yàn)?zāi)康男屑妆桨匪{(lán)染色觀察分析,評估骨結(jié)合的生長速率和計(jì)算BIC%、BA%。 5.測量記錄好BIC%(Bone-to-implant Contact,BIC)和骨面積BA%(Bone Area)等數(shù)據(jù),進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)來表示,樣本量以n表示,應(yīng)用SPSS v16.0軟件(SPSS Inc.,Chicago, USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。當(dāng)滿足正態(tài)分布且方差齊性時(shí),采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或單因素方差來進(jìn)行整體的均數(shù)比較；當(dāng)不滿足正態(tài)分布或方差不齊齊性時(shí),采用兩獨(dú)立樣本t’檢驗(yàn)或秩和檢驗(yàn)。假設(shè)檢驗(yàn)為雙側(cè)檢驗(yàn),檢驗(yàn)水準(zhǔn)為0.05。當(dāng)P0.05時(shí),被認(rèn)為無統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著差異；當(dāng)P0.05時(shí),被認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著差異。 結(jié)果 1.通過查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)及結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的研究目的,生產(chǎn)出合格的實(shí)驗(yàn)種植體,然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的表面處理方法及相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù),制備出較好的兩種種植體表面：激光酸蝕加納米管(LAN)表面和噴砂加酸蝕(SLA)表面。 2.兩種表面理化性質(zhì)檢測結(jié)果：噴砂加酸蝕組和激光酸蝕加納米管組均具有良好的二級粗糙結(jié)構(gòu),LAN表面的粗糙度大于SLA表面的粗糙度(LAN: Ra=8.19±0.09μm;SLA:Ra=2.09±0.13μm),兩者具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)；LAN的表面仍可見孔洞周圍存留突起的熔融物,但酸蝕能酸洗去激光表面的碳物質(zhì)；噴砂加酸蝕表面可見尖銳的邊緣,其中仍有散在的一些三氧化二鋁顆粒。 3.SLA組和LAN組相比,LAN組骨結(jié)合和新骨生成效果更好。在2周和4周的脛骨BIC%、BA%統(tǒng)計(jì)學(xué)差異有顯著性(P0.05)；在4周和8周的頜骨BIG%、BA%統(tǒng)計(jì)學(xué)差異有顯著性(P0.05),在頜骨和脛骨的即刻種植均獲得良好的骨結(jié)合效果。 結(jié)論 激光酸蝕聯(lián)合納米管與噴砂加酸蝕的表面均具有二級粗糙的表面,前者較后者干潔而規(guī)則,這兩種表面均具有良好的生物相容性和良好的骨組織引導(dǎo)性,SLA組和LAN組相比,LAN組骨結(jié)合和新骨生成效果更好。在2周和4周的脛骨、4周和8周的頜骨BIC%、BA%統(tǒng)計(jì)學(xué)差異有顯著性(P0.05)。激光酸蝕加納米管是一種可行的、效果較好的表面處理方法,具有較好的應(yīng)用前景。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R783.6

【參考文獻(xiàn)】

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