两种纳米钙磷结晶种植体表面理化性能分析和骨内植入实验

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中文摘要：上世纪六十年代，Br(a)nemark发明机械表面(光滑表面)纯钛种植体并建立骨整合理论，奠定了现代口腔种植学的基础。此类种植体及其表面天然TiO2膜层的缺点在于其牛物惰性，即植入早期很难与组织形成化学结合。因此，学者们不断通过物理、化学、电化学等各种工艺活化种植体表面，使种植体植入早期形成化学结合，从而缩短骨结合的时间。羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)和磷酸八钙(octacalcium phosphate，OCP)的成分与人体牙和骨组织相似，能与骨组织形成化学结合，具有骨传导作用[1,2]。HA或OCP涂层已成为现阶段牙种植体表面改性的一个研究热点。等离子喷涂(plasma spraying，PS)是最常用的方法之一，喷涂过程中温度极高，基底与涂层之间存在较高的残余应力，影响涂层结合强度和界面结合状态，种植体在功能负荷一段时间后常出现涂层脱离，导致种植体松动和失败。种植体表面涂覆HA的方法还包括脉冲磁控溅射、溶胶-凝胶、电泳沉积和仿生矿化沉积等，但形成的HA涂层与钛基体结合强度均较低，涂层在负荷后容易脱落。离子束辅助沉积技术(Ion-Beam-Assisted Deposition，IBAD)和离散晶体沉积技术(discrete-crystalline deposition，DCD)均可获得比PS更高的钙磷涂层-钛基体结合强度，有望解决涂层易分离或断裂问题。这两种技术生成涂层中含有纳米钙磷结晶颗粒，但两者的纳米钙磷结晶形状、表面形态和化学成分均不同，因此推测两者与骨组织的反应亦存在差异。本课题采用IBAD处理的Bicon NanoTiteTM种植体和DCD处理的3I NanoTiteTM种植体，通过表面理化性能分析和Beagle犬体内植入实验，比较两种种植体的表面理化性能及其对种植体骨结合的影响。第一部分种植体表面理化性能分析目的：比较两种种植体表面理化性能的差异。方法：通过扫描电镜(scanning electron microscope，SEM)观察两种种植体纳米晶体涂层表面形貌，能谱分析(energy dispersive spectrometry，EDS)、X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)和X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)分析涂层晶体的化学组分和晶相，原子力显微镜(Atomic force microscope，AFM)检测表面粗糙度，测量超纯水、二碘甲烷、甘油和甲酰胺在样品表面的接触角并计算表面能。结果：Bicon NanoTiteTM种植体表面可见直径20-200nm、圆形或椭圆形晶体随机分布并与表面融为一体；直径20-100nm粒状晶体散在分布于3I NanoTiteTM种植体表面，在凹陷周围密集累积成白色山峰状，凹陷底部晶体数量较少，钛基体外露。XPS证实Bicon NanoTiteTM种植体表面的纳米晶体化学组分为Ca10(PO4)6(OH)2和CaCO3，3I NanoTiteTM种植体表面晶体化学组分是Ca8H2(PO4)6·5H2O。XRD显示两种种植体表面涂层晶体均为无定形结晶。Bicon NanoTiteTM和3I NanoTiteTM的表面粗糙度Ra分别为0.43±0.10μm和0.15±0.05μm，Rz分别为2.13±0.7μm和0.64±0.03μm，Bicon NanoTiteTM的Ra和Rz均较3I NanoTiteTM的高(P<0.05)。Bicon NanoTiteTM和3I NanoTiteTM的分散成分分别为24.49 mN／m和24.10 mN／m，极性成分分别为17.82 mN／m和11.04mN／m，总表面能分别为42.30 mN／m和35.15 mN／m。结论：Bicon NanoTiteTM表面粗糙度、分散成分、极性成分和总表面能均高于3I NanoTiteTM。第二部分种植体植入Beagle犬的组织形态计量学研究目的：比较两种种植体在Beagle犬颌骨内的骨结合特性。方法：将Bicon NanoTiteTM和3I NanoTiteTM种植体随机植入已拔除下颌后牙的Beagle犬颌骨内，分别在3w和6w取出标本，测量骨-种植体接触率(bone implant contact，BIC)和螺纹内骨体积的百分率(percentage of bone inside the thread，BIT)。结果：植入3w，Bicon NanoTiteTM和3I NanoTiteTM的BIC分别为73.44±3.97％和59.19±10.28％，BIT分别为75.50±6.27％和62.66±10.43％，Bicon NanoTiteTM的BIC和BIT较3I NanoTiteTM的高(P<0.05)。植入6w，Bicon NanoTiteTM的BIC和BIT与3I NanoTiteTM的差异无统计学意义(P>0.05)。结论：植入3w，Bicon NanoTiteTM种植体周围骨形成速度高于3I NanoTiteTM。植入6w，Bicon NanoTiteTM种植体的BIC和BIT与31 NanoTiteTM的BIC和BIT 未见差异。

作者：

刘臣汉

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关键词：

纳米钙磷结晶种植体表面理化性能分析骨内植入

授予学位：

硕士

学科专业：

口腔临床医学

导师：

邓飞龙

学位年度：

2008

学位授予单位：

中山大学

语种：

中文

中图分类号：

R78