纯钛牙科种植体材料表面阳极氧化及载银处理的生物学研究

论文摘要

为了促进牙科种植体与周围软组织的整合并降低种植体周围炎的发生率,大量研究尝试对纯钛牙科种植体进行不同方法的表面处理。纯钛表面阳极氧化法操作简单效果稳定良好,通过该种处理方法可以获得纳米级管状阵列表面结构,此结构具备良好的细胞相容性与活性。本研究中,对纯钛表面进行阳极氧化处理,随后在阳极氧化后的钛表面载银,评价其细胞毒性和抗菌能力,并研究该表面处理对人牙龈成纤维细胞早期生物学行为的影响。用稳压直流电源在20V电压下以180mA电流对纯钛表面进行阳极氧化,在阳极氧化后的钛表面进行多种不同浓度的电沉积载银。使用场发射电镜（FE-SEM）观察试样表面形貌及结构、X射线光电子能谱（XPS）分析试样表面元素构成、原子力显微镜（AFM）观察表面峰谷结构并计算粗糙度,测量试样表面液体接触角并计算材料表面自由能。根据ISO10993-5标准使用L-929细胞系测定试样细胞毒性、评价试样对白色念珠菌和变异链球菌的抗菌性。噻唑盐（MTT）方法检测细胞在材料表面增殖,DAPI荧光计数法检测人牙龈成纤维细胞在材料表面早期粘附、扫描电镜观察细胞在试样表面的形态、实时定量PCR（Realtime-PCR）方法检测纯钛表面阳极氧化及载银处理对人牙龈成纤维细胞细胞外基质相关基因表达的影响。结果如下:1.纯钛试样经20V阳极氧化后,表面形成管径约100nm的TiO2管状阵列结构。阳极氧化处理后的试样经电沉积载银后,管状阵列表面粘附大量直径10nm左右的0价态单质纳米银颗粒。2.阳极氧化处理可以降低纯钛试样表面粗糙度,载银处理也会轻微影响纳米管阵列表面微结构并轻微增加粗糙度。通过观察水和二碘甲烷在不同试样表面的接触角发现,载银TiO2纳米管阵列表面、TiO2纳米管阵列表面的液体接触角显著小于抛光钛表面,表面能结果与此相反（p < 0.01）,且载银与未载银的TiO2纳米管阵列之间无统计学差异。3.细胞毒性实验筛选出可以用于细胞相容性实验的试样是使用电解液为浓度为0.003mol/L的硝酸银溶液所制备出的载银试样。4.载银TiO2纳米管阵列试样对白色念珠菌和变异链球菌的早期粘附均表现出强大的抑制作用,但这种抑制作用在白色念珠菌和变异链球菌表现不同。单纯TiO2纳米管阵列对变异链球菌的早期粘附无明显作用,但对白色念珠菌的早期粘附起到明显的抑制作用。5.细胞培养实验发现,人牙龈成纤维细胞在载银和未载银TiO2纳米管阵列表面的早期粘附数均明显少于抛光纯钛组表面（P<0.01）,细胞增殖水平则明显优于抛光纯钛组表面（P<0.01）。6.Realtime-PCR检测结果发现在第三、六、九天,阳极氧化处理对纯钛表面人牙龈成纤维细胞的细胞间粘附分子-1（ICAM-1）表达无明显影响,但促进I、III型胶原（COL1/3）、血管内皮生长因子（VEGF）、整合素β1（β1-Integrin）的表达。同时抑制纤维链接蛋白（Fn）表达。此外,试样表面粘附的银颗粒在细胞外基质相关蛋白的表达中也起到一定调节作用。结论:纯钛试样经20V阳极氧化处理后可形成纳米管状阵列表面微结构,材料表面能提高。筛选出无毒的载银TiO2纳米管阵列试样,该试样表现出优异的抗菌性。阳极氧化处理可以促进人牙龈成纤维细胞的生长,调节细胞外基质相关基因如COL1/3、VEGF等的表达,但对细胞早期粘附具有明显抑制作用。纳米管阵列表面粘附的单质纳米银颗粒对细胞的生物学行为具有明显的调节作用且没有明显毒性。载银TiO2纳米管阵列有可能应用在临床牙科种植体基台穿牙龈部表面或作为表面处理方法用于纯钛义齿。

论文目录

• 缩略语表
• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 文献回顾
• 1 种植体周围微环境及纯钛牙科种植体研究现状
• 2 牙科种植体表面性状与生物学效应
• 3 牙科种植体颈部材料的表面处理方法
• 4 种植体表面处理与细胞/细菌的相互作用及课题设计思路
• 实验一 纯钛表面阳极氧化及载银处理的表面性状分析
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料及检测设备
• 1.2 试样制备
• 1.3 表面化学元素分析
• 1.4 表面形貌观察
• 1.5 表面粗糙度检测
• 1.6 接触角测量及表面自由能计算
• 1.7 统计学分析
• 2 结果
• 2.1 试样表面化学元素分析
• 2.2 表面形貌观察
• 2.3 表面粗糙度检测
• 2.4 接触角测量及表面自由能计算
• 3 讨论
• 4 小结
• 实验二 细胞毒性评价及载银浓度筛选
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料及检测设备
• 1.2 试样毒性浸提液制备
• 1.3 L-929细胞培养及传代
• 1.4 浸提液细胞毒性测定及载银试样毒性筛选
• 1.5 统计学分析
• 2 结果
• 3 讨论与结论
• 4 小结
• 实验三 纯钛表面阳极氧化及载银处理对变异链球菌和白色念珠菌早期粘附的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料及检测设备
• 1.2 变异链球菌粘附实验
• 1.3 白色念珠菌粘附实验
• 1.4 统计学分析
• 2 结果
• 2.1 变异链球菌粘附情况
• 2.2 白色念珠菌粘附情况
• 3 讨论与结论
• 4 小结
• 实验四 纯钛表面阳极氧化及载银处理对人牙龈成纤维细胞生物学行为的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料及检测设备
• 1.2 人牙龈成纤维细胞原代培养
• 1.3 人牙龈成纤维细胞传代
• 1.4 人牙龈成纤维细胞早期粘附计数
• 1.5 人牙龈成纤维细胞增殖测定
• 1.6 细胞外基质相关基因表达
• 1.7 统计学分析
• 2 结果与讨论
• 3 小结
• 小结
• 参考文献
• 个人简历和研究成果
• 致谢