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钛表面修饰抗菌特性的研究进展
钛具有良好的生物相容性,作为医用材料广泛应用于口腔修复及整形外科种植体等,但钛表面细菌的聚集和粘附,易导致修复体、种植体等周围组织的炎症,是导致种植体失败的主要原因之一.本文就钛表面抗菌改性的研究进展作一综述.
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不同温度下钛表面生成的氧化物研究
钛及钛合金表面烤瓷通常在800 ℃以下进行[1-3],检测200 ℃～750 ℃范围内不同温度区段氧化的TA2 和TC4试样表面生成的氧化物类型和结构,可以了解在临床烤瓷温度下,钛材表面的氧化情况,有助于认识钛材与瓷结合的机制.
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紫外线照射提高钛种植体表面生物活性的研究进展
钛表面生物活性差、缺乏骨诱导作用,如何提高钛种植体与周围组织的结合强度、缩短愈合时间及实现种植早期负荷成为研究重点.研究证实,钛经紫外线( ultraviolet,UV)照射后,表面具有良好的理化性能及较高的生物活性,这可能与钛表面二氧化钛( TiO2)光催化反应(photocatalysis)密切相关[1-5].
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不同钛涂层表面结构对于成骨细胞增殖及分化的影响
目的 比较具有不同表面结构的钛涂层对于成骨细胞增殖及分化的影响,为钛表面处理探究更经济实用的方法.方法 将直径10mm,厚度1mm的纯钛片按表面处理方法分为四组:STi:纯钛抛光组;MTi:喷砂酸蚀组;NTi-5:喷砂酸蚀后,后续碱热处理5小时组;NTi-10:喷砂酸蚀后,后续碱热处理10小时组.对各组表面显微结构、元素组成及润湿角进行观察分析;进一步检测不同组涂层对于前成骨细胞(MC3T3-E1)增殖与ALP活性的影响.结果 MTi组表面为微米级微孔,直径3-5μm;NTi-5及NTi-10中,通过碱热处理,在微米级孔内引入了纳米级微孔,平均直径分别约为100nm(NTi-5)、200nm(NTi-10);在NTi-5及NTi-10中,具有生物活性的钙元素和钠元素被引入;表面润湿角测定结果表明,NTi-5具有优的表面润湿性;体外细胞增殖实验表明:与MTi相比,同时具有微纳复合结构的NTi-5及NTi-10具有更好的促进成骨细胞增殖效果;ALP活性实验表明:NTi-5及NTi-10并没有因为引入纳米结构,降低对于促进成骨细胞分化的作用.结论 同时具有微纳复合结构的钛涂层,具有更加良好的生物学活性,并且纳米孔直径在100nm左右佳.
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不同葡萄糖浓度对人牙龈成纤维细胞在钛表面附着和生长的影响
随着人们经济水平的大幅提高和糖尿病发病率的增长，在要求种植修复缺失牙齿的人群中糖尿病患者的比例不断提高，而糖尿病是影响种植修复成功的风险因素之一［1］。以往学者［2］研究糖尿病对种植修复的影响大多集中在骨整合方面，而糖尿病对牙龈组织在种植体表面黏附结合的影响的相关研究却鲜有报道。本研究在体外模拟高血糖环境，配制不同葡萄糖浓度细胞培养液培养人牙龈成纤维细胞（human gingival fibroblasts，HGFs）并接种于纯钛表面，观察不同培养时间HGFs的附着数量和生长形态的变化，以期指导口腔医师在临床实践中为糖尿病患者选择正确的种植修复时机提供理论参考。
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骨髓基质细胞在胞外基质涂层钛表面的黏附和铺展
背景:为模拟胞外基质对生物行为的调控功能,通常采用基质中的活性成分对钛表面进行改性,但这些单一的活性成分与天然基质仍有差距.目的:在体外观察成骨细胞自身分泌的胞外基质修饰的钛表面对骨髓基质干细胞生物学行为的影响,为进一步指导钛种植体表面的仿生构建提供实验依据.设计、时间及地点:细胞-材料学体外对照观察,于2008-12/2009-02在安徽医科大学医学生物工程实验室完成.材料:SPF级新生1～3 d龄SD乳鼠2只,SD大鼠2只,由安徽省实验动物中心提供.TA2纯钛棒为宝鸡金埠钛设备有限公司产品.方法:取SD乳鼠,采用改良组织块法培养成骨细胞.取直径12 mm的钛棒,加工成厚1 mm纯钛片,消毒后放入24孔培养板中,用DMEM培养液将成骨细胞浓度调整为3×10.L-1,取1 mL/孔接种于钛片上,经过反复冻融脱玄细胞留下基质,即为基质化钛片.取SD大鼠,采用全血贴壁法培养骨髓摹质干细胞,取传至第3代的细胞,分为基质化钛片组、纯钛片组,用DMEM培养液将其浓度调整为1×108L-1,分别接种于基质化钛片和纯铁片上,1 mL/孔.主要观察指标:通过荧光免疫组化、扫描电镜观察和MTT检测,评价两组钛片上骨髓基质细胞的早期黏附及铺展情况.结果:接种4 h时与纯钛片组比较,基质化钛片组细胞黏附率显著升高(P＜0.05).接种4 h后,骨髓基质干细胞在基质化钛片表面已呈现出一定的附着形态:24 h后细胞呈良好的铺展形态,紧贴附于基质化钛片表面,出现伪足突起,细胞间以这种突起建立相互联系;72 h后细胞充分铺展,胞体平铺面积迅速扩大.结论:胞外基质的存在能够促进骨髓基质细胞的早期黏附,并且有利于细胞的进一步铺展.
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紫外线对老化钛表面理化性能及生物活性的再激活作用
背景:随着储存时间的延长,钛种植体会出现老化现象,表面理化性能及生物活性会出现不同程度的下降,影响终的种植体-骨结合效能,如何迅速有效的恢复钛表面的理化性能及生物活性值得深入研究.目的:探讨紫外线对老化钛表面理化性能及生物活性的再激活作用.方法:将经过喷砂酸蚀处理的钛片随机分为3组,A组为喷砂酸蚀处理后的新鲜钛片,B组为常温常压保存4周,C组为常温常压保存4周后紫外线照射15 min,采用表面轮廓测量仪、X射线光电子能谱分析仪、水接触角分析仪检测钛表面的粗糙度、元素构成及表面能.将MG63成骨细胞分别接种于3组钛片表面,接种30 min、1h、2h、4h,以Hoechst33342荧光染色检测细胞黏附能力;接种1,3d,采用MTS法检测细胞增殖.结果与结论:①3组钛表面的表面粗糙度无明显差异;②A、C组钛片表面C元素含量低于B组(P＜0.05),Ti、O、N元素含量显著高于B组(P＜0.05),A、C组钛片表面各种元素构成无明显差异;③A、C组钛片表面静态水接触角均为0°,B组钛片表面静态水接触角为115°;④接种30 min、1h、2h、4h,A、C组钛片表面的细胞黏附数量高于B组(P＜0.05),A、C组钛片表面的细胞黏附数量无明显差异;⑤接种1,3d,A、C组钛片表面的细胞增殖能力高于B组(P＜0.05),A、C组钛片表面的细胞增殖能力无明显差异;⑥结果表明,紫外线可激活老化钛表面的理化性能及生物活性,显著减少碳氢化合物的污染,恢复钛表面的高表面能,有利于细胞的黏附和增殖.
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流体剪切力作用下阿司匹林对不同钛表面MG-63细胞增殖活性的影响
背景:近有国内外临床试验、动物实验和体外细胞学实验证明,适宜浓度阿司匹林能上调成骨细胞的增殖及成骨功能.目的:探讨流体剪切力作用下不同浓度阿司匹林对成骨细胞增殖的影响.方法:①采用含体积分数10％胎牛血清与不同浓度阿司匹林(0,0.023,0.046,0.062 5,0.125,0.25,0.5,1.0,2.0,4.0 mmol/L)的DMEM低糖培养液培养MG-63人成骨样细胞,1-7 d后,MTS法检测细胞增殖;②将MG-63人成骨样细胞分别接种于高度抛光钛板、喷砂酸碱处理钛板及光滑载玻片上,培养1d后,再分别以含不同浓度阿司匹林(0,0.5 mmol/L)的培养液培养3d,施加流体剪切力,加力0,0.5,1,2,4h后,MTS法检测细胞增殖.结果与结论:①不同浓度阿司匹林对细胞增殖的作用:培养1-3 d时,0.023,0.046,0.062 5,0.5 mmol/L的阿司匹林可促进MG-63人成骨样细胞的增殖;培养1-7 d,1,2,4 mmol/L的阿司匹林抑制MG-63人成骨样细胞的增殖;②流体剪切力作用下阿司匹林对细胞增殖的作用:单因素方差分析结果显示,阿司匹林药物处理因素对细胞增殖影响的差异有统计学意义(F=8.349,P=0.004),0.5 mmol/L阿司匹林可降低MG-63人成骨样细胞的增殖活性;材料表面处理对细胞增殖影响的差异无统计学意义(F=2.826,P=0.064);不同流体剪切力加载时间对细胞增殖影响的差异无统计学意义(F=0.893,P=0.406);③流体剪切力下0.5 mmol/L阿司匹林对细胞增殖的作用:材料表面处理对细胞增殖影响的差异无统计学意义(F=1.803,P=0.171);0.5 mmol/L阿司匹林可显著抑制玻片组MG-63人成骨样细胞的增殖(P=0.003),对高度抛光钛板及喷砂酸碱处理钛板组MG-63人成骨样细胞增殖无显著抑制作用(P=0.891,P=0.051):④结果表明:不同浓度阿司匹林对MG-63人成骨样细胞增殖有明确的影响作用,且有浓度依赖性;不同钛表面处理可降低阿司匹林对MG-63人成骨样细胞增殖的影响作用.
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钛表面塑性变形纳米化对MC3T3细胞黏附的影响
目的 研究纯钛表面塑性变形纳米化后对小鼠成骨细胞株MC3T3细胞黏附等生物学行为的影响.方法 应用塑性变形技术使纯钛表面纳米化,钛板大小10 mm×10 mm×1 mm.未处理纯钛为对照组(n=6),塑性变形纳米化钛板为实验组(n=6).扫描电镜观察MC3T3细胞在材料表面的黏附形态,荧光显微镜检测细胞黏附的数目,应用激光共聚焦扫描显微镜观察细胞骨架肌动蛋白的特点.结果 扫描电镜下观察表明,MC3T3细胞是以多个大小不等的胞突黏附于纳米化钛板表面,细胞表现良好的伸展形态;荧光显微镜显示,细胞在纳米化钛板表面的黏附能力较表面未处理钛板明显提高(P<0.05);激光共聚焦扫描显微镜下观察发现,纳米化钛板表面结构能促进细胞骨架肌动蛋白纤维的充分铺展.结论 纯钛表面塑性变形纳米化后,能明显促进MC3T3细胞在其表面的黏附和铺展,改善了纯钛的生物相容性.
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钛表面碱热处理构建聚多巴胺膜层对细胞黏附的影响
目的:研究碱热处理后多孔钛表面聚多巴胺黏附羟基磷灰石的复合涂层制备及其对大鼠骨髓间充质干细胞增殖、成骨分化能力的影响.评价碱热处理后多孔钛表面聚多巴胺黏附羟基磷灰石复合涂层作为种植体表面改性方法的作用.方法:通过多巴胺的自聚合在碱热处理后的多孔钛表面构建聚多巴胺(PDA)膜层,利用聚多巴胺的黏附性能将纳米级羟基磷灰石颗粒黏附至多孔钛表面,形成多孔钛表面聚多巴胺黏附羟基磷灰石的复合涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)分析表面结构特征.分离培养SD大鼠骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs),采用SEM观察细胞黏附情况,并利用Cell Counting Kit-8(CCK-8)、碱性磷酸酶(alkaline phosphates,ALP)等检测其增殖、分化能力.结果:该改性方法成功在多孔钛表面形成聚多巴复合涂层.体外细胞实验表明该复合涂层对BMSCs生长无抑制作用,且对其黏附和早期增殖有明显促进作用.结论:碱热处理后多孔钛表面形成的聚多巴胺生物活性复合涂层对BMSCs的黏附和早期增殖有明显的促进作用.
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钛种植体表面改性的现状、问题与发展趋势
钛在生理环境中具有良好的化学稳定性、良好的机械力学性能及良好的生物相容性,是口腔种植的首选材料.理想的种植材料应能在植入后刺激新骨的形成并与骨形成骨性结合,纯钛表面呈生物惰性,不能诱导新骨的形成.因此,植入后如何增强成骨诱导性,加速与骨的骨性结合是钛种植体表面改性的一个重要方向.另外,临床研究表明种植体周围感染是导致种植失败的一个重要因素,因此赋予钛种植体表面持续的抗菌性是钛种植体改性的另一重要方向.
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微纳复合结构钛涂层的制备及其生物相容性研究
目的:在钛表面构建微纳复合结构涂层,并对其表面结构及生物相容性进行初步研究.方法:通过喷砂酸蚀、混合碱热处理的复合工艺,在钛表面构建新型微纳复合涂层,使用扫描电子显微镜(SEM)及X-射线能量分散分光计(EDS)对试件表征进行观察;使用CCK-8试剂盒检测该涂层的细胞毒性;进一步检测该涂层对于前成骨细胞(MC3 T3-E1)粘附与增殖活性的影响.结果:钛表面微纳复合结构中,微米孔直径3～5 μm,纳米孔直径100～200 nm;新型涂层表面增加了钠元素和钙元素;体外细胞存活率实验表明该涂层细胞毒性0级;体外细胞粘附实验表明:第1、2h,细胞粘附活性在喷砂酸蚀处理组(MTi组)及混合碱处理组(NTi组)均明显强于单纯抛光组(STi组),同时NTi组强.体外细胞增殖实验表明:第1、4、7天MTi组的A值均小于STi组,具有统计学差异.NTi组的A值先是小于,后逐渐大于STi组.结论:相较于单独微米结构钛涂层,微纳复合结构钛涂层具有更接近于自然骨的分级结构以及更优良的生物活性.
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纯钛表面在不同储存条件下理化性能及生物活性的变化
目的 探讨纯钛表面在不同储存条件下理化性能及生物活性的变化.方法 将经过酸蚀处理的钛片分别保存于常温常压、ddH2O、NaC1溶液及CaC12溶液中,分析钛片表面理化性能的变化,并进行细胞培养试验.结果 常温常压下保存时C元素含量明显增加,表面能明显下降.而保存于ddH2O、NaC1溶液及CaC12溶液中,C元素含量变化较小,其表面能也得到了较好的保存.细胞培养结果也表明,常温常压保存钛表面的生物活性较差,溶液中保存的钛表面生物活性较好,而CaC12溶液的保存效果佳.结论 将种植体保存在液体中,能显著减少碳氢化合物的污染,维持钛表面的高表面能,有利于细胞的黏附和增殖.保存液的离子对种植体的表面理化性能和生物活性也有影响.
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钛植入体表面生物化学改性的研究进展
综述近年来钛植入体表面生物化学设计和改性的研究进展,重点介绍植入体表面自组装改性新技术及其在生物医用材料中的应用.
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骨髓基质细胞在钙磷涂层纯钛表面早期粘附的实验研究
目的:探讨表面经仿生法涂层纯钛片对骨髓基质细胞粘附特性的影响.方法:取三代兔骨髓基质细胞,接种于经仿生法钙磷涂层纯钛片表面和商用纯钛片表面,MTT法比较接种后0.5h,1h,2h,4h各时间点细胞在不同表面的粘附情况,并以荧光染色揭示细胞在不同钛片表面上的形态学差异.结果:荧光染色研究结果发现,2小时时粘附于涂层钛片的细胞体积更大,呈不规则的多角形,多个伪足向四周伸展.而且粘附于仿生法钙磷涂层纯钛片表面的相对细胞数从1小时开始显著高于商用纯钛片表面相对细胞数,2小时点为细胞粘附的高峰.结论:仿生法钙磷涂层能促进细胞早期粘附,是研究种植体表面改性的一种值得进一步探讨的实验室方法.
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低强度脉冲超声对不同钛表面骨髓间充干细胞成骨分化的影响
目的:观察低强度脉冲超声(LIPUS)对大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)在钛片表面成骨分化的影响.方法:将体外培养的BMSCs分别接种于光滑钛表面和大颗粒喷砂酸蚀(SLA)钛表面,进行矿化诱导并实施超声干预和假刺激.于矿化诱导后3、7d进行碱性磷酸酶(ALP)定量检测,14 d进行ALP染色观察;矿化诱导21 d后行茜素红染色;于矿化诱导14、21 d检测成骨相关基因及蛋白表达.结果:矿化诱导后3、7d超声组ALP活性较对照组高(P＜0.05),14 d超声组与对照组相比钛片表面ALP染色明显深染;茜素红染色显示,21 d后超声组的染色更明显且形成更多的矿化结节;超声组的成骨相关蛋白成骨转录因子2、骨形成蛋白、骨桥蛋白表达增高;RT-PCR检测到成骨相关基因、ALP、成骨转录因子2、骨形成蛋白、骨桥蛋白、骨钙素、Ⅰ型胶原蛋白均有不同程度表达增高(P＜0.05).结论:LIPUS可以促进光滑及SLA钛表面BMSCs的成骨分化.
