论文摘要
第一部分纯钛种植体粗化表面的构建及骨结合研究表面粗化的纯钛种植体与表面光滑的种植体相比，可获得更快的骨结合，更大的骨结合面积和更强的抗剪切能力。细胞培养证实粗化表面在成骨细胞的粘附、分化、基质分泌等方面起着重要的作用，动物实验也证实粗化种植体表面比光滑种植体表面更能增加种植体与骨组织的接触率、新骨形成以及种植体与骨组织之间的机械结合力。临床上同样表明粗化种植体有很高的成功率，即使在骨质较疏松的后牙区。因此，种植体粗化表面的制备方法一直是研究的热点。本研究利用纯钛表面喷砂和酸蚀技术构建了一种粗化表面，对其进行表征，并建立种植体动物模型，通过扭力测试、FSEM和EDX观察分析种植体．骨组织界面情况，通过形态学观察、活体荧光标记新骨形成和骨组织形态计量学的测量，从不同角度观察分析该粗化表面对种植体骨结合的影响。实验一构建粗化表面并对其进行表征。种植体表面粗化方法如下：商业纯钛片经金相砂纸打磨，表面经绿碳化硅喷砂，压力为4MPa，再置于丙酮、75％乙醇、蒸馏水中超声清洗各15min，50℃干燥24h。用0．11 mol／L HF和0．09 mol／L HNO3混合液浸泡钛片10min，双蒸水冲洗，50℃干燥24h。将钛片放入5．80 mol／L HCl和8．96 mol／LH2SO4混合液浸泡30min，双蒸水冲洗，50℃干燥24h。采用FSEM、EDX、XRD观察粗化表面的结构、形貌、化学元素组成。结果显示，FSEM表明钛片表面经喷砂-双重酸蚀处理后形成多级微孔的波浪状形貌，表面看不到任何杂质。喷砂形成大小约10-30μm的凹坑，酸蚀后在此基础上再形成纳米级到微米级的凹坑，大小约0．5-3μm。EDX图谱证实粗化种植体表面的主要成分为钛，说明粗化处理后没有改变钛片的成分。粗化钛片XRD图谱中除见到5个钛的衍射峰，还见到了2个TiH2的衍射峰。实验二机械测试评价喷砂、双重酸蚀种植体的骨结合性。100颗纯钛螺纹型种植体（直径：3．0mm，长度：10mm），分为两组：机械加工组和粗化组。选择50只成年杂种大白兔，每组10只，将100颗种植体植入兔股骨的远心末端，在术后2周、4周、6周、8周和12周时分别处死5组兔子，采用便携式数字扭力测试仪检测种植体和骨组织的结合力，FSEM和EDX观察分析种植体植入后表面形貌、化学元素组成以及种植体-骨组织界面情况，并对两组种植体的扭力值进行统计学分析。结果显示，从2周到12周，粗化组的扭力值均较机械加工组高，经统计学分析，各个观察时间点均有显著性差异（P<0．05）。FSEM显示种植体植入后的各个观察时间点，粗化种植体表面的粘附骨组织均比机械加工种植体表面的组织多而厚。EDX图谱显示机械加工种植体表面组织在所有观察时间点钙磷成分均很低，而在粗化种植体组，植入后2周表面组织富含钙磷，4周时有所下降，6周时升高，8到12周时与6周无明显差别。实验三喷砂、双重酸蚀处理表面对种植体周围新骨形成的影响。50颗纯钛螺纹型种植体（直径：3．0mm，长度：8mm），分为两组：机械加工组和粗化组。选择25只成年杂种大白兔，每组5只，将50颗种植体植入兔胫骨靠近膝关节区域，术后注射骨荧光标记剂标记新骨形成，在术后2周、4周、6周、8周和12周时分别处死5组兔子，制作硬组织切片，每个标本制作两张切片，一张切片作荧光显微镜观察，一张采用亚甲基蓝-碱性品红法染色作光学显微镜观察。采用Olympus光镜显微镜和Image-Pro PluR半自动图像处理软件对种植体骨接触率和种植体螺纹内骨密度进行测量，并进行统计学分析。结果显示，种植体植入后2周，新生的编织骨在粗化种植体表面形成，4周后，粗化种植体表面的新骨逐渐变的致密，有规则，6-12周时粗化种植体表面的新骨更加致密，骨髓腔变小。而在机械加工种植体表面，4周后才出现新生的编织骨，排列杂乱，新生的编织骨似从老骨表面延伸至种植体表面，6-12周时机械加工种植体表面的新骨也变得成熟，但骨髓腔较大。荧光观察和组织学观察类似，粗化种植体表面新骨形成要早于机械加工种植体。在各个观察时间点，粗化种植体的种植体骨接触率和种植体螺纹内骨密度均高于机械加工种植体，经统计学分析，两组在各个时间点均有显著性差异（P<0．05）。该粗化种植体表面能促进种植体骨结合，可缩短种植体的愈合时间，有利于种植体的早期负载，为临床开发国产种植体提供了一种种植体表面粗化方法。第二部分纯钛种植体仿生钙磷涂层和电化学羟磷灰石涂层的构建及骨结合研究等离子喷涂技术是目前临床上用于羟磷灰石（HA）涂层最常用的技术，但这种技术存在一些缺陷，如由于线性喷涂工艺而造成多孔表面涂层不均匀和无法在复杂形状表面涂层；其次，在制备过程中的处理温度很高，HA会发生分解，在涂层中产生杂质和非晶体HA等。近三十年来，涂层技术得到了广泛的关注并且取得了较大的成果。在这其中，仿生和电化学沉积技术能克服这些缺陷，并能在多孔表面上制备纳米级的HA，是有希望应用于临床的两种技术。本研究在第一部分构建的粗化表面上采用仿生和电化学法沉积纳米HA，并对其进行表征，建立种植体动物模型，通过扭力测试、FSEM和EDX观察分析种植体-骨组织界面情况，通过形态学观察、活体荧光标记新骨形成和骨组织形态计量学的测量，从不同角度观察分析两种涂层对种植体骨结合的影响，并比较两种技术，为临床应用提供理论支持。实验四在粗化钛片表面上采用仿生法和电化学法沉积HA并对其进行表征。仿生法：将粗化钛片浸入SBF-A液中，24h后取出钛片，超声清洗30s，37℃干燥24h，然后浸入SBF-B液中，24h后换一次SBF-B液，48h后取出钛片，超声清洗30s，37℃干燥24h。整个仿生沉积均在37℃恒温箱中进行。电化学法：采用两电极系统，以粗化Ti片为阴极，铂片为阳极，400ml烧杯为电解槽，在含一定浓度Ca（N03）2和NH4H2PO4的200ml电解液中，在指定的温度（85℃）和时间（2 h）下，恒电压电沉积。电沉积涂层经蒸馏水冲洗后，自然晾干。采用FSEM、XRD、FTIR观察分析涂层表面形貌、晶体结构和化学组成。结果显示，钛片经仿生液浸泡后可以得到由片状晶体构成的白色涂层，片状晶体的长度约2-5μm，厚度约1 00nm，涂层表面呈高低起伏状。通过电化学法在钛基体表面成功的制备出均匀致密的白色涂层，涂层光滑平整，FSEM下发现涂层晶体尺寸均匀，棒状晶粒截面为规则的六变形，且晶粒直径为70-80nm。XRD和FTIR分析显示仿生涂层含有两种成分，即HA和OCP，而电化学涂层则只有纯的HA组成。实验五机械测试评价两种涂层种植体的骨结合性。实验方法与实验二相同。结果显示，除植入后6周外，电化学涂层种植体的扭力值均较粗化种植体和仿生涂层种植体高，且有统计学意义。仿生涂层种植体的扭力值与粗化种植体的扭力值之间无统计学意义。FSEM显示种植体植入后2周，两组种植体表面均出现骨反应沉积物，高倍镜下可见仿生涂层种植体表面的多孔结构暴露，表面的片状钙磷涂层已消失，而在电化学涂层种植体表面则是一层较厚的粘附骨组织。植入后4周，粘附骨组织均覆盖种植体表面，仿生涂层种植体表面未见暴露，而电化学涂层种植体表面的HA还没有吸收。植入后6周，电化学涂层种植体表面的HA已大部分吸收。植入后8-12周，电化学涂层种植体表面的粘附骨组织比仿生涂层种植体表面的组织厚而致密。EDX图谱显示仿生涂层种植体表面组织在植入后2-4周钙磷峰无明显变化，但比植入前涂层的钙磷峰明显降低，6-8周时继续降低，12周时钙磷峰有所升高。电化学涂层种植体表面组织在植入后2-4周时呈升高趋势，6-8周时开始下降，12周升高且高于4周时水平。实验六两种涂层对种植体周围新骨形成的影响。实验方法与实验三相同。结果显示，种植体植入后2周，编织骨均在仿生和电化学涂层种植体表面形成，两者之间没有明显不同。植入后4-12周，电化学涂层种植体表面的新骨成熟，皮质骨致密，可见到骨细胞，骨髓内的新骨组织消失。而在仿生涂层种植体表面，4周后，新骨主要是编织骨，6-12周时新骨成熟，但新骨没有电化学涂层种植体的骨组织致密，且骨髓腔较多。统计学分析表明，电化学涂层在植入后4-8周明显增加种植体骨接触率和螺纹内骨密度，而仿生涂层在所有观察期内未能促进种植体骨接触率和螺纹内骨密度。实验结果表明电化学法比仿生法更有利于促进种植体骨结合，是有希望应用于临床的涂层技术。总结1．采用喷砂和双重酸蚀技术构建了一种种植体粗化处理方法，这种方法可形成从纳米级到微米级的不规则多孔表面。2．这种粗化表面与机械加工表面相比，更有利于增加种植体周围新骨形成以及种植体与骨组织之间的结合力。3．本文采用的仿生法可在粗化表面上形成纳米级HA，但未能增加种植体周围新骨形成以及种植体与骨组织之间的结合力。4．本文采用的电化学法可在粗化表面上形成纳米级HA，也能增加种植体周围新骨形成以及种植体与骨组织之间的结合力。5．两种涂层方法相比，电化学涂层更有利于促进种植体骨结合。6．该粗化处理方法和电化学HA涂层法可应用于临床开发种植体的表面处理。