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氧化锆种植体表面改性及其在骨结合中的作用

发表时间：2020/1/2 来源：《医师在线》2019年10月19期作者：吴作素陈梦宇姚李韬吴星海平林超吴淑怡

[导读] 氧化锆拥有优良的美学性能、良好的力学性能和生物相容性，但未处理的氧化锆表面具有生物惰性，骨结合能力相对较差。

　　　　吴作素陈梦宇姚李韬吴星海平林超吴淑怡
　　（温州医科大学口腔医学院；浙江温州 325000）
　　氧化锆拥有优良的美学性能、良好的力学性能和生物相容性，但未处理的氧化锆表面具有生物惰性，骨结合能力相对较差。目前研究热点想通过氧化锆表面改性，增强材料骨结合能力。本文将对此作综述。
　　
　　1.表面形貌的改性
　　表面形貌包括宏观、微观、纳米尺寸的形貌，会影响种植体周围细胞的粘附、增殖和分化及其生物力学稳定性。氧化锆表面形貌的改性方法主要包括喷砂、酸蚀、喷砂酸蚀、激光、选择性渗透酸蚀等。
　　1.1喷砂
　　喷砂指将铝或碳化硅等颗粒喷到氧化锆植入体表面，形成粗糙的表面，能提高表面粗糙度，从而增强蛋白的粘附和其他细胞行为[1]。
　　1.2酸蚀
　　酸蚀即采用氢氟酸（HF）、硝酸、硫酸等溶液去除表面杂质，形成微米级结构，能增加材料表面积。
　　1.3喷砂-酸蚀
　　酸蚀结合喷砂结合两者优点，是最常用的改性方法之一。喷砂形成的较大凹坑可以为细胞提供附着的位点，促进细胞粘附、延伸和分化。酸蚀形成的小凹坑与细胞形成点状接触从而刺激细胞生物活性。这两个因素作用下，增加了黏着斑水平，最终促进了种植体周围骨形成[2]。
　　1.4选择性渗透酸蚀(SIE)
　　Aboushelib[3]发明的一种新技术——选择性渗透酸蚀，通过在氧化锆表面覆盖一种特别的渗透玻璃，加热熔融。熔融的液相玻璃在晶界之间扩散产生表面张力和毛细作用力，将晶粒分离。最后冷却之后晶界之间的玻璃会在酸中蚀刻，得到纳米级多孔结构。
　　1.5激光
　　激光处理可在氧化锆表面形成微纳米结构，能显著提高表面粗糙度，增加表面羟基数量，改善表面润湿性，促进成骨细胞黏附[4]。目前有光纤激光、飞秒激光、CO2激光、Nd:YAG激光等。
　　2.表面化学修饰
　　表面化学修饰是指将官能团应用于表面以优化表面化学性质，如润湿性、化学成分、电荷、结晶度，促进细胞粘附、增殖等反应。
　　2.1紫外线处理
　　由于超亲水性，经紫外处理的钛种植体的骨整合性得到了显著改善。这种现象称为“紫外光介导的光功能化”，其机制为:紫外线在桥接氧位点产生表面氧空位，有利于离解水的吸附。此外，氧化锆光催化活性引起的表面化学变化也会增加润湿性。
　　2.2 生物功能化
　　生物功能化又称仿生表面处理，是指种植体表面接枝有利于细胞粘附、增殖和分化的蛋白质、酶、肽等生物分子，如粘附蛋白、寡肽、多肽。纤维连接蛋白(fibronectin, FN)是一种细胞受体结合的RGD氨基酸序列的糖蛋白，在细胞粘附中发挥关键作用。精氨酸-甘氨酸-天门冬氨酸(argine -glycine-aspartate, RGD)已被证实可促进细胞的募集和骨整合[5]。另外，层粘连蛋白IGF-1介导多种细胞过程，包括细胞粘附、迁移、增殖和分化。碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase，ALP)是一种膜结合酶，可促进骨样材料自矿化。
　　3.涂层? ?
　　涂层是改善生物材料表面性能的处理方法之一。生物活性涂层也可以作为种植体和骨组织之间的中间层，促进骨整合。目前应用于氧化锆种植体的涂层材料有生物玻璃、羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)、磷酸钙（CaP）、纳米结构涂层、其他涂层等。

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　　3.1 生物玻璃涂层?
　　生物玻璃具有良好的诱导成骨性能，能在生物惰性的氧化锆上进行离子交换，形成具有生物活性的羟基磷灰石层，为惰性材料与周围骨组织提供结合界面。
　　3.2磷酸钙涂层?
　　磷酸钙(CaP)材料,如磷酸三钙(α,β),二水磷酸氢钙和磷酸八钙等,是生物活性涂层材料中的潜力股。CaP的结构和组成与骨相似，可以在种植体和骨之间产生很强的化学键。CaP是骨磷灰石形成的前体，具有骨传导能力。此外，CaP涂层可增加初始的骨结合强度。
　　3.3羟基磷灰石涂层
　　羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA)，是钙磷灰石的天然矿物形态，其与人类骨骼成分一致，能改善种植体周围的骨整合。采用气溶胶沉积的方法可在氧化锆种植体表面获得薄而均匀的HA涂层。
　　
　　3.4其他涂层
　　Maeda等的研究表明，氧化锆基体表面经硅酸铝纳米管处理后的聚合物表面纹理粗糙，增强了MC3T3-E1在表面的附着力。而运用磁控溅射结合阳极氧化技术在氧化锆种植体表面制备TiO2纳米管涂层，可以使其获得高亲水性。将软光刻技术与溶胶-凝胶化学相结合，在3Y-TZP表面获得的微图案二氧化硅涂层也是常见的改性方法。
　　4.小结
　　综上所述，氧化锆由于其良好的生物相容性和良好的力学性能，作为一种新兴陶瓷生物材料在口腔种植中的应用越来越被重视。人们对种植体表面进行了多种多样的改性，以增强其骨整合性能。并且努力尝试新方法，以揭示表面特性和细胞反应背后的潜在机制。相信不出多久，可靠的表面改性手段将增强氧化锆在口腔种植中的应用。
　　参考文献
　　[1] Yamada M,?Ueno T,?Minamikawa H, et al. Early-stage?osseointegration?capability of a submicrofeatured titanium surface created by microroughening and anodic oxidation. Clin Oral Implants Res.?2013,24(9):991-1001.
　　[2] Bergemann C, Duske K, Nebe JB, et al. Microstructured zirconia surfaces modulate osteogenic marker genes in human primary osteoblasts. J Mater Sci: Mater. 2015,26(1):5350.
　　[3] Kohala RJ, B?chlea M, Atta W, et al. Osteoblast and bone tissue response to surface modi?ed zirconia and titanium implant materials. Dent Mater. 2013,29(7):763–776.
　　[4] Kurella A, Dahotre NB. Review paper: surface modification for bioimplants: the role of laser surface engineering. J Biomater Appl. 2005,20(1):5-50
　　[5] Acharya AP, Dolgova NV, Moore NM, et al. The modulation of dendritic cell integrin binding and activation by RGD-peptide density gradient substrates. Biomaterials. 2010,31(29):7444-7454
　　项目编号： 2018R413069 浙江省新苗人才计划大学生科技成果推广项目
　　