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鈦及其合金因具有較好的機(jī)械性能、理化穩(wěn)定性、生物相容性和與骨相似的彈性模量等,一直以來(lái)作為牙種植材料被廣泛地應(yīng)用于臨床,被越來(lái)越多的牙列缺損或缺失患者接受。

牙科種植體的臨床成功取決于骨結(jié)合,即牙槽骨與種植體表面之間的直接接觸和功能連接。在骨結(jié)合的研究中,骨與種植體接觸(bone-implantcon-tact,BIC)是常用的評(píng)估指標(biāo)。BIC值的大小與種植體材料類型、表面性質(zhì)(如表面形貌、化學(xué)組成、親水性)、愈合時(shí)間等有著較大的關(guān)系。常規(guī)BIC值介于52%~78%,未達(dá)到理想的100%?？赡艿脑蛟谟诜N植體在生產(chǎn)過(guò)程中其表面被大氣碳化和有機(jī)污染,導(dǎo)致種植體在生產(chǎn)完成到植入牙槽骨期間發(fā)生生物學(xué)老化。此外,當(dāng)存在糖尿病、骨質(zhì)疏松等不利條件時(shí),會(huì)對(duì)種植體骨結(jié)合產(chǎn)生負(fù)面影響,顯著地降低BIC,降低種植體的成功率。因此,提高種植體的骨結(jié)合效率,提高牙種植體的成功率,減少種植體周圍炎和種植體周圍黏膜炎的發(fā)生十分必要。

近年來(lái),許多學(xué)者將研究方向集中于鈦表面改性,通過(guò)改性后增加其表面的生物活性,從而提高骨結(jié)合和軟組織愈合的效率。常用的鈦表面改性方法有噴砂、酸蝕、陽(yáng)極氧化、活性物質(zhì)涂層、基因涂層、化學(xué)氣相涂層等。各種改性方法在一定程度上都促進(jìn)了鈦種植體與牙槽骨之間的骨結(jié)合,提高了BIC值,所以鈦表面改性對(duì)增加種植體的骨結(jié)合效率具有積極作用。

近年來(lái),低溫等離子體技術(shù)引起了廣泛的關(guān)注,它為材料表面改性提供了一種簡(jiǎn)單、有用且方便的方法。許多學(xué)者將其應(yīng)用于鈦種植體表面改性,大量的體外實(shí)驗(yàn)證明了低溫等離子體改性鈦表面后可以提高骨結(jié)合細(xì)胞的生物學(xué)性能,減少細(xì)菌的定植。此外,相關(guān)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)已證實(shí)低溫等離子體改性的鈦種植體表面顯著提高了BIC值,加速了種植體周圍新骨的形成。因此,低溫等離子體改性鈦表面可以提高種植體的骨結(jié)合,減少種植的失敗。

低溫等離子體概述

等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后物質(zhì)的第四種狀態(tài),是一種具有高位能的電中性氣體團(tuán)。當(dāng)氣體電離度小于1%時(shí),被稱為低溫等離子體,含有大量的中性原子、離子、分子及自由基等。

低溫等離子體是溫度為數(shù)十電子伏以下的電離氣體,其粒子能量為幾個(gè)至幾十個(gè)電子伏特,大于材料的結(jié)合鍵能,所以可破壞材料表面有機(jī)大分子的化學(xué)鍵而形成新鍵,對(duì)材料產(chǎn)生表面改性作用。除材料改性外,它還具有消毒滅菌、牙齒美白、殺滅癌細(xì)胞、增強(qiáng)粘接、促進(jìn)血液凝結(jié)等作用。因此,在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,低溫等離子體逐漸受到許多學(xué)者的青睞,被廣泛地應(yīng)用于如牙齒美白、抑制口腔致病菌、根管消毒與滅菌、牙本質(zhì)與修復(fù)體粘接等。

而在牙科植入物領(lǐng)域,由于低溫等離子體對(duì)材料改性的能力,被研究者應(yīng)用于鈦種植體表面改性。通過(guò)影響鈦表面的物理、化學(xué)和生物性質(zhì),提升其生物活性及生物相容性,進(jìn)而改善種植體骨結(jié)合過(guò)程,促進(jìn)種植體的成功。

低溫等離子體對(duì)鈦表面性質(zhì)的影響

表面元素組成

用于牙科植入物的鈦材料,主要由鈦(Ti)、碳(C)、氧(O)、氫(H)、氮(N)等元素組成。在生產(chǎn)過(guò)程中由于空氣的污染,常導(dǎo)致鈦表面形成過(guò)多的C-C與C-H鍵。生物醫(yī)用材料表面碳水化合物中C-C與C-H鍵的存在會(huì)影響材料的表面能,導(dǎo)致其親水性發(fā)生改變。研究表明:降低生物材料表面的碳百分比能夠促進(jìn)材料植入過(guò)程中細(xì)胞黏附和成骨分化，而碳含量過(guò)高時(shí)會(huì)對(duì)細(xì)胞活力產(chǎn)生負(fù)面影響。

等離子體處理可以增強(qiáng)鈦表面的O含量，降低C含量。其主要原因在于等離子體中具有高能量的電離物質(zhì)破壞了鈦表面C-C和C-H中的化學(xué)鍵，重新形成了有利于親水性的O-H鍵，從而提高材料的表面能。

接觸角

低溫等離子處理能夠增強(qiáng)鈦表面的親水性與表面能,降低鈦表面的水接觸角。親水性的增加有利于骨整合早期階段中單核細(xì)胞的黏附、血小板的激活和血凝塊的形成,同時(shí)還能顯著地促進(jìn)成骨與血管生成相關(guān)基因的表達(dá),誘導(dǎo)更快的骨-種植體接觸。低溫等離子體處理使鈦表面疏水性表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性表面,導(dǎo)致接觸角降低。主要是由于高能量的低溫等離子體成分(如活性氧、羥基等多種活性自由基)裂解了鈦表面部分原有官能團(tuán),形成了新的親水性功能基團(tuán),從而提高鈦表面的親水性。

等離子處理后鈦種植體表面親水性觀察

低溫等離子體可以清除鈦種植體材料表面碳?xì)浠衔镫s質(zhì),提升材料表面的親水性,使材料表面變得有利于成骨細(xì)胞的附著、增殖和分化。