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紫外線光功能化對二氧化钛納米管表面改性钛種植體(tǐ)骨結合的影(yǐng)響 2024年(nián)01月03日(rì)
  • 來(lái)源：中國(guó)知網
  • 作者：盛美春 1　羅小龍 2　謝廣平 2,3（1. 湖州市第一人(rén)民(mín)醫院口腔科(kē)，湖州　313000 ；2. 上海市東方醫院吉安醫院口腔科(kē)，吉安　340001 ；3. 上海市浦東醫院口腔科(kē)，上海　201399)


【摘要】


目的　研究紫外線光功能化對二氧化納米管钛表面改性钛種植體(tǐ)骨結合的影(yǐng)響。方法　采用預陽極氧化法制備二氧化钛（TiO2）納米管表面改性钛種植體(tǐ)，并用波長爲 250 nm、功率爲2mW/cm2 紫外線（UVA）對種植體(tǐ)進行處理(lǐ)。将種植體(tǐ)植入 SD 大(dà)鼠股骨，12 周後取含種植體(tǐ)骨組織制作組織切片，通過顯微鏡觀察種植體(tǐ)周圍骨組織形成情況并計(jì)算骨結合率。結果UVA 處理(lǐ)組種植體(tǐ)周圍新生(shēng)骨組織多于未 UVA 處理(lǐ)組，且更緻密。UVA 處理(lǐ)組和未 UVA 處理(lǐ)組的骨結合率分(fēn)别爲（72.21±10.42）% 和（44.98±9.62）%，兩組之間的差異具有統計(jì)學意義（P<0.05）。結論 UVA 光功能化 TiO2 納米管表面改性有助于促進钛種植體(tǐ)骨結合。

【關鍵詞】二氧化钛納米管　光功能化　表面改性　骨結合

DOI ：10.11752/j.kqcl.2023.02.07

    種植義齒修複是牙列缺損的重要修複方法。相(xiàng)比于活動義齒，種植義齒可(kě)以更好地恢複患者的口腔健康、咀嚼功能、語言功能以及生(shēng)活質量 [1] 種植義齒依賴于種植體(tǐ)與骨組織之間的“骨結合 ” 而發揮作用，“骨結合 ”是種植義齒修複成功與否   的決定性因素。表面改性是提高種植體(tǐ)骨結合的   重要途徑，二氧化钛（TiO2 ）納米管改性則是種植體(tǐ)表面納米改性的一種重要的方法。TiO2 具有光催化性能，經紫外線（UVA）照(zhào)射後，表面性能可(kě)發生(shēng)顯著變化，改善種植體(tǐ)表面的親水性、表面電位等屬性，表現出光功能化性能，可(kě)能對種植體(tǐ)的骨結合過程産生(shēng)影(yǐng)響 [2] 。因此，本實驗研   究了 UVA 光功能化對 TiO2  納米管表面改性钛種植體(tǐ)骨結合的影(yǐng)響，爲提高種植體(tǐ)骨結合率提供理(lǐ)論基礎，促進種植義齒修複臨床應用。



01
材料與方法


1.1 TiO2  納米管表面改性種植體(tǐ)制備

本實驗所用钛種植體(tǐ)材料購(gòu)自(zì)上海金福钛業 制造廠(chǎng)，直徑 1 mm，長度 2 mm 圓柱形螺紋種植體(tǐ)， 采用預陽極氧化法對種植體(tǐ)試樣進行電解，電解液成分(fēn)爲 0.3％氫氟酸和 1 mol/L 磷酸，陽極爲純 钛試樣，陰極爲石墨電極，直流電、室溫下電解 氧化處理(lǐ)試樣 1 h ，電解電壓爲 10V。

1.2    UVA 處理(lǐ)

将試件置于 UVA 燈下 10 cm處照(zhào)射，波長爲 250 nm 、功率爲 2 mW/cm2。

1.3    種植體(tǐ)預處理(lǐ)

将螺紋柱狀陽極氧化種植體(tǐ)放(fàng)入盛有無水酒 精的超聲清洗器清洗 20 min ，再連續重複 3 次用 超純水超聲清洗 20 min 。洗淨後高溫高壓滅菌冷(lěng)卻備用。

1.4    種植體(tǐ)植入術

本實驗采用的動物購(gòu)自(zì)上海傑思捷實驗動物有限公司，12 隻雄性 SD 大(dà)鼠，12 周齡，體(tǐ)重 （250±20）g ，随機劃分(fēn)成對實驗組和對照(zhào)組，每組6隻。按照(zhào)外科(kē)手術無菌處理(lǐ)的要求進行操作。 通過 3％戊巴比妥鈉麻醉完成後，固定仰卧位，保持位置不變，在手術操作區域進行備皮。在後腿膝關節處外側，切開皮膚并鈍性分(fēn)割肌肉，剝離(lí)骨膜， 顯露股骨頭。按照(zhào)種植流程，用牙科(kē)鑽頭在左側股骨頭位置配合生(shēng)理(lǐ)鹽水降溫沖洗，鑽出直徑約 1 mm  的預備孔。預備孔内大(dà)量沖洗，清理(lǐ)其中的碎屑， 植入種植體(tǐ)1枚。實驗組植入UVA 處理(lǐ)的種植體(tǐ)， 對照(zhào)組則植入未UVA處理(lǐ)的種植體(tǐ)，仔細清洗後進行嚴密縫合關創。手術後的 1~5 天行青黴素30 U/D肌肉注射抗感染處理(lǐ)。

1.5    取材及骨切片的制作

種植術後 12 周，通過注射過量戊巴比妥鈉處死所有實驗組和對照(zhào)組大(dà)鼠，随後分(fēn)離(lí)股骨，獲取種植體(tǐ)周邊區域約 2 cm 骨組織。骨組織切片采用德國(guó)艾卡特公司的 EXAKT 切磨系統（含 EX- AKT510 脫水儀，EXAKT520 光固化包埋機，EX- AKT300 CP 切片機，EXAKT400 CS 磨片機）進行制作。将帶種植體(tǐ)的骨組織，經多聚甲醛固定處 理(lǐ) 48 h 後，在 EXAKT 510 脫水儀中用 100%丙酮溶液脫水。在 EXAKT 520 光固化包埋機中進行塑料包埋。切片後用 EXAKT 400 CS 磨片機磨片至 預定厚度，用細砂紙對切片表面進行抛光。最終 獲得(de)厚度爲 5-10 μm 的切片。

1.6    骨組織形态學觀察和骨結合率測量

在顯微鏡下對種植體(tǐ)周圍骨組織形态學進行 觀察，并分(fēn)析種植體(tǐ)周圍組織形成情況。對酒精 伊紅(hóng)染色處理(lǐ)之後的骨磨片進行檢測，記錄新生(shēng) 骨和表面接觸的整體(tǐ)尺寸，通過下列公式獲得(de)出 種植體(tǐ) - 骨結合率（Bone-implant Contact, BIC）：BIC = 新生(shēng)骨與該組螺紋接觸面的總長度 / 每個螺 紋的總周長度 ×100%。

1.7    統計(jì)學分(fēn)析

采用 SPSS12.0 統計(jì)軟件包，對 2 組種植體(tǐ)的 骨結合率進行單因素方差分(fēn)析，檢驗水準爲 0.05。

02
結果   


2.1    種植體(tǐ)骨結合組織學表現

組織切片觀察顯示，未經 UV 處理(lǐ)組新生(shēng)的 骨組織呈現碎片和裂痕，種植體(tǐ)和新生(shēng)骨附近可(kě) 見大(dà)量纖維結締組織 ；而 UVA 處理(lǐ)組種植體(tǐ)周 圍新生(shēng)骨增多，結構緻密，纖維結締組織明顯減少（圖 1）。

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2.2    種植體(tǐ)骨結合率

通過對各組種植體(tǐ)周圍骨結合率的計(jì)算和分(fēn) 析，結果見圖 2 。UVA 處理(lǐ)組和未 UVA 處理(lǐ)組的骨結合率分(fēn)别爲（72.21±10.42）% 和（44.98±9.62）%， 兩者比較具有統計(jì)學意義（r<0.05）。

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03
討(tǎo)論  


盡管金屬钛作爲種植體(tǐ)的主要材料，已被公認爲具有良好的生(shēng)物安全性和組織相(xiàng)容性 ；但(dàn)作 爲一種惰性材料，與骨組織的結合僅僅是“機械 結合”，并不能實現更具功能性和生(shēng)理(lǐ)性的“生(shēng)物 化學結合”。 對钛種植體(tǐ)進行表面改性，使之由 “生(shēng)物惰性 ”向“生(shēng)物活性 ”轉變，是當前口腔種植修複領域的研究熱(rè)點。TiO2  納米管改性是種植體(tǐ)表面納米改性的一種重要的方法。相(xiàng)比其他(tā)納米材料表面改性，TiO2 納米管來(lái)源于種植體(tǐ)本身(shēn)， 避免了外源性材料塗層所導緻的機械強度不足問題 [3] 。體(tǐ)外研究發現，TiO2  納米管表面改性可(kě)以促進成骨細胞的增殖以及骨髓基質幹細胞向成骨 細胞的分(fēn)化 [4] ；體(tǐ)内動物實驗研究也發現，TiO2 納米管表面改性後的種植體(tǐ)與骨組織的結合率要高于酸蝕或噴砂等常規表面處理(lǐ)的種植體(tǐ) [5] 。這 些研究結果表明，TiO2  納米管表面改性對種植體(tǐ)的骨結合具有一定促進作用，但(dàn)這種作用主要是通過改變種植體(tǐ)表面形貌而實現的，與種植體(tǐ)表面的電位性質和可(kě)濕性等表面屬性無關，而骨結合早期的蛋白(bái)質吸附和血液在種植體(tǐ)表面的潤濕卻恰恰與這兩者有密切關系。種植體(tǐ)植入術後的骨結合過程始于術後血液在種植體(tǐ)表面的浸潤和血液中蛋白(bái)在種植體(tǐ)表面吸附形成的适應層，這對于在種植體(tǐ)表面形成細胞外基質層和早期的骨形成具有重要作用 [6] 。換言之，TiO2  納米管表面改性可(kě)能對于早期骨形成的作用較弱。 口腔種植修複常常面臨一些挑戰性問題，例如(rú) ：受植區骨密度不良、糖尿病患者組織愈合慢(màn)等，獲得(de)較快(kuài)的骨形成速度和較好的骨形成質量是解決這些問題的關鍵，而這恰恰是單純 TiO2  納米管表面改性所難以達到的。因此，在 TiO2  納米管表面改性的基礎上，進一步研究種植體(tǐ)早期骨結合速度和骨結合質量對于解決口腔種植修複所面臨的問題具有重要作用。
TiO2 具有光催化性能，經長波紫外線 (UVA)  照(zhào)射後，可(kě)以獲得(de)良好的理(lǐ)化性能及較高的生(shēng)物活性 [7] 。TiO2 在 UVA 照(zhào)射下，其表面電子發生(shēng)跳(tiào)躍， 電子可(kě)被 TiO2  表面 O2  俘獲形成 O2-  和 OH-， 空穴氧化 H2O 生(shēng)成 HO ，O2-  和 HO 具有較強的氧 化能力，可(kě)将有機物氧化，在短(duǎn)時間内達到殺滅細菌、清除材料表面的碳水化合物的功效。UVA  照(zhào)射後的 TiO2 表面碳原子數明顯減少，随之帶來(lái)的是表面可(kě)濕性的變化 [8] 。Wang 等也證實，TiO2    經 UVA 照(zhào)射後，表面接觸角接近 0° , 表現出超親水性 (superhydrophilicity)[9] 。TiO2  經紫外線照(zhào)射後 還(hái)可(kě)改變其表面電荷性質，使表面由負電位轉變爲正電位 [10] 。這一系列表面性能的改變，稱之爲光功能化 (photofunetionalization) 。顯然，UVA 光 功能化将對細胞粘附将産生(shēng)極其重要的影(yǐng)響 [11 ，12]。 表面呈現的親水性，将有助于血液在種植體(tǐ)表面迅速潤濕 ；表面電荷由負電荷轉變爲正電荷，将使得(de)帶負電荷的蛋白(bái)質分(fēn)子在不需要陽離(lí)子介導的情況下非常容易地吸附在種植體(tǐ)表面，并随之促進以蛋白(bái)質分(fēn)子爲介導的細胞粘附過程。本研究的結果表明，UVA 光功能化 TiO2  納米管表面改性可(kě)以提高钛種植體(tǐ)骨結合率，對钛種植體(tǐ)的骨結合具有促進作用。本研究對促進種植義齒的應 用、減少種植義齒修複并發症的發生(shēng)具有重要作用。
04
結論  


本研究提示 ：UVA 光功能化TiO2 納米管表面改性可(kě)以提高種植體(tǐ)的骨結合率，促進種植義齒的穩定性，是一種改善種植體(tǐ)骨結合的好方法。




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