純鈦表面噴砂酸蝕復(fù)合MAO處理的研究.pdf

1、牙種植體表面是影響種植體一骨結(jié)合的主要因素之一，多年來(lái)學(xué)者們一直在努力尋找最佳的骨種植體界面。上世紀(jì)六十年代，瑞典的Branemark教授推崇的機(jī)械處理表面(光滑表面)的純鈦種植體及骨結(jié)合理論奠定了現(xiàn)代口腔種植學(xué)的基礎(chǔ)。機(jī)械處理的鈦種植體與它表面的天然TiO2薄膜被認(rèn)為是生物惰性的，無(wú)促進(jìn)成骨作用。其主要缺點(diǎn)是在植入早期很難與組織形成化學(xué)結(jié)合，而且骨結(jié)合形成慢，愈合期長(zhǎng)。因此，目前的研究熱點(diǎn)是采用不同處理工藝改變種植體表面的化學(xué)性質(zhì)和表

2、面形貌，促進(jìn)種植體在早期形成骨結(jié)合，同時(shí)改進(jìn)膜層與鈦基體的結(jié)合強(qiáng)度以保證種植體長(zhǎng)期行使功能。本課題擬對(duì)噴砂酸蝕處理的純鈦表面形態(tài)進(jìn)行分析；研究微弧氧化(micro-arcoxidation，MAO)不同處理電壓獲得的膜層形貌特征；采用不同水熱條件使MAO膜層表面生成羥基磷灰石(HA)結(jié)晶并對(duì)其形成的條件進(jìn)行探討；分析MAO膜層在模擬體液中的礦化變化；通過(guò)表面理化性能分析和細(xì)胞生物相容性及動(dòng)物體內(nèi)骨結(jié)合特性的研究，開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的

3、噴砂酸蝕復(fù)合MAO表面種植體。 第一部分噴砂酸蝕純鈦表面的MAO生物改性通過(guò)分析噴砂酸蝕表面，研究不同MAO處理電壓下純鈦表面形貌的改變，比較噴砂后MAO與噴砂酸蝕后MAO處理表面形貌的差異，探討如何在保留噴砂酸蝕獲得的一級(jí)孔洞的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用MAO膜層的“骨小梁”樣結(jié)構(gòu)及富含鈣磷的化學(xué)成分。 分別采用106μm、250μm直徑的Al2O3顆粒對(duì)鈦樣品進(jìn)行噴砂，部分用HF雙重酸蝕制備噴砂后酸蝕的樣品，再對(duì)兩種樣品分組

4、，使用300V、400V、450V、550V處理電壓進(jìn)行MAO處理，制作出106μm或250μm直徑Al2O3顆粒噴砂后MAO處理和噴砂酸蝕后MAO處理的樣品。通過(guò)掃描電鏡觀察表面形貌，能譜分析儀測(cè)量表面元素含量。結(jié)果表明，250μm直徑Al2O3顆粒噴砂后雙重酸蝕表面更為粗糙，最大凹陷的直徑可達(dá)50μm；隨著處理電壓從300V增至550V，MAO膜層的多孔疏松表面的孔徑、裂紋、膜層厚度、膜層內(nèi)疏松程度均進(jìn)一步增加，膜層結(jié)合強(qiáng)度及自身強(qiáng)

5、度減弱，其中300V和400V為適宜處理電壓，400VMAO處理樣品獲得比300V更高的Ca/P。噴砂后殘留于鈦基體表面的Al2O3顆粒破壞了MAO膜層的連續(xù)性，而噴砂后酸蝕的樣品再行MAO處理可獲得均勻連續(xù)的氧化膜層，并且MAO處理沒(méi)有改變噴砂酸蝕形成的基本形態(tài)，其中250μm直徑Al2O3顆粒噴砂后雙重4％HF酸蝕MAO處理表面的一級(jí)孔洞大小與成骨細(xì)胞最為接近。 第二部分羥基磷灰石結(jié)晶涂層的制備及其仿生礦化性能的研究選擇膜層

6、理化性能較好的400VMAO處理組，180℃水熱處理?xiàng)l件下分別保持4h、8h和12h，通過(guò)高溫激活TiO2膜中的鈣磷離子，使它們能夠從膜層中滲出參加反應(yīng)，在表面形成HA晶體，研究水熱處理時(shí)間對(duì)形態(tài)學(xué)、組分、粗糙度、表面能、膜層強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：隨著水熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，MAO膜層表面析出的晶體由長(zhǎng)條片狀混合細(xì)小白色晶體，向粗大的柱狀混合網(wǎng)格樣細(xì)晶體轉(zhuǎn)變，Ca/P輕度降低。XRD證實(shí)水熱處理8h和12h的MAO膜層表面形成HA結(jié)晶。MA

7、O膜層表面形成結(jié)晶不會(huì)改變表面粗糙度，但隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，表面能的分散成分增加，總表面能增加，膜層的超顯微動(dòng)態(tài)硬度亦增加。將400V處理的MAO樣品浸泡在模擬體液(simulatedbodyfluid，SBF)中，通過(guò)掃描電鏡、X射線衍射檢測(cè)，研究MAO膜層表面形成的晶體及其組成。結(jié)果表明，處理電壓為400V的MAO表面，在SBF中能形成含有HA的生物礦化層，具有良好的生物相容性。 第三部分噴砂酸蝕純鈦MAO表面的理化性能分

8、析根據(jù)前兩部分的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇最佳的噴砂后酸蝕MAO處理?xiàng)l件制作樣品，按表面處理方法的不同分為4組：A組為250μm直徑Al2O3顆粒噴砂HF酸蝕后MAO處理，B組為直接MAO處理，C組為MAO處理后水熱處理8h，D組為未處理組。通過(guò)掃描電鏡、能譜分析、表面粗糙度、表面能和膜層超顯微動(dòng)態(tài)硬度，比較各組表面的理化性能。結(jié)果表明，所研制的噴砂后酸蝕MAO處理樣品具有獨(dú)特的30×40μm圓形凹陷，表面粗糙度最高，表面極性成分增加。3種不同處理

9、方法的MAO膜層中Ca/P值近似，水熱處理8h的MAO膜層增加了分散和極性成分，表面能最高。 第四部分噴砂酸蝕純鈦MAo表面對(duì)成骨細(xì)胞生物學(xué)行為的影響采用胰蛋白酶消化離心法體外分離培養(yǎng)Balb/c乳鼠顱骨成骨細(xì)胞，通過(guò)對(duì)成骨細(xì)胞的純化、傳代，Hayhoe氏偶氮偶聯(lián)法堿性磷酸酶組織化學(xué)染色和礦化誘導(dǎo)后礦化結(jié)節(jié)VonKossa法染色進(jìn)行鑒定，繪制細(xì)胞生長(zhǎng)曲線。結(jié)果表明，本實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)的成骨細(xì)胞與體內(nèi)成骨細(xì)胞的形態(tài)和生物學(xué)特性相似。經(jīng)純化

10、，第2代的成骨細(xì)胞生長(zhǎng)旺盛，組織形態(tài)穩(wěn)定，可用于研究種植材料生物相容性的體外實(shí)驗(yàn)。 將第2代成骨細(xì)胞接種到第三部分的4組鈦片表面，采用掃描電鏡、MTT法、堿性磷酸酶(ALP)活性及骨鈣素(OC)合成的檢測(cè)來(lái)觀察不同表面對(duì)成骨細(xì)胞粘附、增殖及分化的影響。結(jié)果表明，雖然水熱處理MAO表面的細(xì)胞附著率和增殖率最高，但附著在噴砂后酸蝕MAO表面的成骨細(xì)胞多位于表面一級(jí)孔洞內(nèi)，并較早地表現(xiàn)出分泌功能形態(tài)，成骨細(xì)胞分化和功能表達(dá)最好。

11、 第五部分噴砂酸蝕MAO純鈦種植體的Beagle犬頜骨植入實(shí)驗(yàn)采用第三部分的4組純鈦種植體，植入預(yù)先已拔除后牙的Beagle犬的下頜骨中，在愈合3w和6w時(shí)取出標(biāo)本，通過(guò)頂出試驗(yàn)、界面破壞模式分析、骨-種植體接觸率計(jì)算、種植體周圍骨量及骨質(zhì)測(cè)量，評(píng)價(jià)噴砂酸蝕后MAO處理種植體骨結(jié)合強(qiáng)度的情況，并從組織形態(tài)計(jì)量學(xué)上研究噴砂酸蝕后MAO處理種植體的促成骨特性。結(jié)果表明，噴砂后酸蝕MAO處理表面種植體具有最強(qiáng)的界面抗剪切強(qiáng)度，骨結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)于