热处理提高钛种植体表面成骨细胞活性的实验研(3)

2 结果

2.1 钛金属表面形貌 SEM观察显示，两组经过金相砂纸打磨的实验组钛基板非常平整，在500倍放大倍数SEM条件下观察到明显的打磨痕迹(图1a)；而700℃退火处理过程对于钛金属表面形貌没有明显的改变(图1b)。

图1 对照组(a)和实验组(b)钛金属种植体表面SEM形貌图

2.2 钛金属种植体表面成分 进一步利用XRD分析两组钛金属表面成分，结果如图2所示，经过退火处理的钛金属表面形成一层二氧化钛薄膜；与标准卡片对比，可以分析得到的二氧化钛为金红石晶型结构(JCPDS No. 21-1276)，图2b中标出其对应衍射角度的晶面。从XRD衍射谱的结果还可以看到，钛种植体经过700℃退火处理，形成的金红石晶相二氧化钛薄膜的厚度薄(P<0.05)。

图2 对照组(a)和实验组(b)钛金属种植体表面的XRD成分分析图

2.3 钛金属表面细胞增殖情况 由表1和图3可以看出，经过700℃火处理的纯钛金属基板表面MG63成骨细胞的增殖数量增加了近17%，多于未处理样品的对照组表面，差异具有统计学意义(P<0.05)。

表1两组钛金属种植体表面MG63成骨细胞增殖结果组 别OD450nm实验组(n=5)0．835±0．052对照组(n=5)0．668±0．014P<0．05

图3 对照组(a)和实验组(b)钛金属种植体表面MG63成骨细胞增殖测试(MTS法)

3 讨论

目前，钛金属种植体的表面改性主要有两种思路：(1)物理改性，即改变其表面形貌、微观结构、粗糙度等物理性质。增强表面粗糙度有利于成骨细胞在其表面粘附和生长，同时，粗糙界面具有的更大表面积能促进新生的骨组织与宿主骨的结合强度。有研究表明，体外细胞培养的结果显示成骨细胞更有利于黏附在粗糙的表面结构，而且形状尺寸各不相同的细胞种类亦对种植体材料表面的粗糙度具有明显的感受差异。这是由于细胞外基质本身就是一个具有从微米到纳米尺度的尺寸分级结构，因此成骨细胞对微米级和纳米级的表面结构非常敏感，尤其对那些物理尺寸与细胞外基质中生物成分相匹配的表面微纳结构如空洞、颗粒等。还有研究表明，种植体表面的微纳结构粗糙度对细胞在种植体表面的黏附行为，即对种植体植入早期的生物学响应性影响较大。(2)化学改性，即改变钛金属体的表面成分，比如微量元素、生物活性涂层(羟基磷灰石、氧化钛等)和胶原蛋白等生物活性因子的引入，提高种植体表面的生物活性[5-6]。比如，羟基磷灰石是骨组织中无机组成中的主要成分，具有良好的生物相容性，且可以在羟基磷灰石上嫁接其他糖蛋白等生物活性因子，因此羟基磷灰石被广泛喷涂于钛种植体表面进行表面修饰。然而，羟基磷灰石在高温下喷涂时容易降解，且其与钛金属机体的热膨胀系数相差较大，在冷却过程中容易产生应力，出现涂层开裂脱落等种植失败现象。

这两种思路的目标都是希望利用简单低成本的方法，改善钛材料种植体普遍存在的生物活性差、与骨组织结合强度低以及愈合时间长等的问题，提高钛金属种植体表面生物活性，促进整合能力。本研究中将纯钛金属植入体经过简单的热处理，希望提高其表面生物活性。

由图1可知700℃火处理过程对于钛金属表面形貌没有明显的改变。说明可以排除由于退火处理可能导致的表面形貌的改变影响成骨细胞在两组钛金属表面增殖生长活性的可能性。另一方面，在种植体表面涂覆一层二氧化钛涂层，从而促进种植体的骨整合能力近年来逐渐引起大家的关注。首先，是因为二氧化钛具有良好的生物相容性。其表面具有丰富的羟基活性基团，这些羟基基团可以为钙离子以及磷酸根离子沉积提供结合位点，从而有效地促进羟基磷灰石的形成和新生骨组织的结合。有研究报道，利用阳极氧化法在钛金属表面制备二氧化钛纳米管，发现二氧化钛薄层不仅可以促进成骨细胞在其表面的粘附、增殖，同时还具有抗菌的能力[7]。所以，二氧化钛被认为是一种良好的钛金属种植体表面改性材料成分。更有研究表明，相对于其他晶体结构类型，金红石型的二氧化钛与血液、血浆蛋白以及纤维蛋白原之间的润湿性更好，表现出更加良好的生物活性。这是因为金红石晶相的二氧化钛晶体结构更有利于诱导磷灰石在其表面的形成，这与本实验的结果相吻合。另外，值得一提的是，用这种方法得到的二氧化钛生物活性涂层薄膜与钛金属机体的结合力很强，基本没有明显的界面。所以，即使在后续的动物体内实验研究中，也不会产生活性涂层薄膜脱落的现象，为后续的动物体内实验研究提供了力学结合强度的基础。其次，二氧化钛涂层与机体钛金属的化学组成较为相似，同时，其所具有的良好抗腐蚀能力可以有效地防止体液对机体钛种植体造成的长期腐蚀作用。因此，这样的一种二氧化钛活性涂层，其长期稳定性较之传统的利用等离子热喷涂、溶胶涂覆等方法制备的钛种植体表面生物活性涂层要稳定。

文章来源：《材料热处理学报》 网址: http://www.clrclxbzz.cn/qikandaodu/2020/1215/412.html