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鈦及其合金因具有較好的機械性能、理化穩定性、生物相容性和與骨相似的彈性模量等,一直以來作為牙種植材料被廣泛地應用于臨床,被越來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。在骨結合的研究中,骨與種植體接觸(bone-implantcon-tact,BIC)是常用的評估指標。BIC值的大小與種植體材料類型、表面性質(如表面形貌、化學組成、親水性)、愈合時間等有著較大的關系。常規BIC值介于52%~78%,未達到理想的100%。可能的原因在于種植體在生產過程中其表面被大氣碳化和有機污染,導致種植體在生產完成到植入牙槽骨期間發生生物學老化。此外,當存在糖尿病、骨質疏松等不利條件時,會對種植體骨結合產生負面影響,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生十分必要。

近年來,許多學者將研究方向集中于鈦表面改性,通過改性后增加其表面的生物活性,從而提高骨結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、陽極氧化、活性物質涂層、基因涂層、化學氣相涂層等。各種改性方法在一定程度上都促進了鈦種植體與牙槽骨之間的骨結合,提高了BIC值,所以鈦表面改性對增加種植體的骨結合效率具有積極作用。

近年來,低溫等離子體技術引起了廣泛的關注,它為材料表面改性提供了一種簡單、有用且方便的方法。許多學者將其應用于鈦種植體表面改性,大量的體外實驗證明了低溫等離子體改性鈦表面后可以提高骨結合細胞的生物學性能,減少細菌的定植。此外,相關體內實驗已證實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合,減少種植的失敗。

低溫等離子體概述

等離子體是繼固態、液態、氣態之后物質的第四種狀態,是一種具有高位能的電中性氣體團。當氣體電離度小于1%時,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十電子伏以下的電離氣體,其粒子能量為幾個至幾十個電子伏特,大于材料的結合鍵能,所以可破壞材料表面有機大分子的化學鍵而形成新鍵,對材料產生表面改性作用。除材料改性外,它還具有消毒滅菌、牙齒美白、殺滅癌細胞、增強粘接、促進血液凝結等作用。因此,在口腔醫學領域,低溫等離子體逐漸受到許多學者的青睞,被廣泛地應用于如牙齒美白、抑制口腔致病菌、根管消毒與滅菌、牙本質與修復體粘接等。

而在牙科植入物領域,由于低溫等離子體對材料改性的能力,被研究者應用于鈦種植體表面改性。通過影響鈦表面的物理、化學和生物性質,提升其生物活性及生物相容性,進而改善種植體骨結合過程,促進種植體的成功。

低溫等離子體對鈦表面性質的影響

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。在生產過程中由于空氣的污染,常導致鈦表面形成過多的C-C與C-H鍵。生物醫用材料表面碳水化合物中C-C與C-H鍵的存在會影響材料的表面能,導致其親水性發生改變。研究表明:降低生物材料表面的碳百分比能夠促進材料植入過程中細胞黏附和成骨分化，而碳含量過高時會對細胞活力產生負面影響。

等離子體處理可以增強鈦表面的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破壞了鈦表面C-C和C-H中的化學鍵，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胞的黏附、血小板的激活和血凝塊的形成,同時還能顯著地促進成骨與血管生成相關基因的表達,誘導更快的骨-種植體接觸。低溫等離子體處理使鈦表面疏水性表面轉變為親水性表面,導致接觸角降低。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,形成了新的親水性功能基團,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氫化合物雜質,提升材料表面的親水性,使材料表面變得有利于成骨細胞的附著、增殖和分化。