种植体周围炎净化处理对牙种植体钛合金表面粗糙度和化学性质的影响：对骨整合的影响
种植体周围炎净化处理对牙种植体钛合金表面粗糙度和化学性质的影响：对骨整合的影响
Jordi Diaz-Marcos, PhD 1 Joan Vilana Balastegui, MSc 1 Angel F. Espías Gómez, DDS, MS, PhD 2 Luis Alberto Sánchez Soler, Dr. Frédéric Parahy, Dr. 2
1University of Barcelona (UB), 科学技术中心 (CCiTUB), 西拔牙巴塞罗那SPM实验室,
2巴塞罗那大学(UB), Faculty of Dentistry, L'Hospitalet Ll., Spain
2014年2月19日
钛（Ti）合金为生物相容性材料，经常用于人体植入物，尤其是在牙科中。本研究对种植体常用的Ti-6Al-4V（TAV）合金进行不同类型的种植体周围炎（种植体周围牙龈及牙齿组织感染）牙科处理，以探讨合金表面粗糙度和化学性质所受的影响。本研究旨在更好地了解这些常用的牙科处理方法是否有助于提高种植体与骨结合的能力，即愈合过程骨再整合到种植体材料中的能力。研究了各种牙科处理方法（比如超声处理、喷射抛光、激光照明和化学物质处理）对Ti合金表面粗糙度和化学性质的影响。如果运用得当，这些牙科方法或可在成功治疗种植体周围炎后提高Ti合金种植体的骨再整合概率。
前言
背景
Ti合金牙种植体长期的成功应用，在很大程度上取决于快速愈合过程材料与颌骨的安全结合（骨整合）[1]。Ti合金的表面形貌对牙种植体的长期应用的成功性至关重要。过去十年，为了改进骨整合过程，专家们致力于开发Ti种植体材料的处理方法[2]。最近的研究发现，Ti合金种植体的理化改性，导致除骨形成反应受到调节之外，细胞募集、黏附、炎症和骨重建活动也受到显著调节[3]。牙种植体应用总体上取得了很大成功，大约96%留在患者体内10年以上。图1示出牙种植体（带基台和牙冠）置入口腔颌骨的一般过程。
近年来，人们针对种植体周围牙质组织感染（种植体周围炎）提出了若干处理策略（机械、化学、物理化学等）[4]。种植体周围炎是“种植体周围的发炎过程，其特点为软组织发炎和支持骨丢失”[5]。如果愈合过程允许发生骨整合，将人工基台和牙冠安装到牙种植体上，以取代缺失的牙齿。但如果种植体周围牙龈和牙质组织的炎症是由细菌感染引起的，牙种植体将有可能发生骨丢失并发症。有利的牙种植体特性，即氧化钛有助于细胞黏附的高度反应性，因细菌存在及其代谢活性残留而改变。因此，受污染表面相当于异物，会加重种植体周围软组织炎症和骨丧失。种植体周围炎的处理涉及表面去污和清洁。适当使用这些不同的种植体周围炎处理方法，或许可以使Ti合金表面改性，促进宿主对种植体的反应[6]。本报告讨论不同牙科处理方法对Ti合金种植体材料表面特性的影响，以及种植体周围炎愈合过程这些处理方法是否可以加快牙种植体的骨整合。牙种植体骨整合耗时较长（3～6月），因此可以加快这种现象的表面改性将缩短愈合时间，降低失效率，并将患者的不适感降至最低程度[7]。
A B
C D
图1A–D：钛（Ti）合金牙种植体置入颌骨示意图：A）置入颌骨的典型Ti种植体；B）与骨结合的种植体（带支撑牙冠的固定基台；C）和D）种植体示例，带有基台和取替缺失牙齿的粘结牙桥。
表面粗糙度的影响
改进钛种植体表面形貌，可以增强骨与种植体的接触以及改进界面的力学性能[8–11]。在缺乏对照比较临床试验的情况下，累积的实验证据支持使用表面形貌得到改进的钛种植体[12]。
表面粗糙度已被确定为一个重要的参数，该参数与种植体材料锚定到骨组织的能力相关[13]。增大种植体材料表面粗糙度的方法多种多样，最常用的是：加工、喷砂、酸蚀、阳极氧化、激光改性，或上述技术的组合。此外，已根据其表面粗糙度平均值（Sa），即表面的平均峰高和平均谷深，将市售种植体分为四类：光滑（Sa < 0.5μm）、轻微粗糙（0.5μm < Sa < 1.0μm）、中度粗糙（1.0μm < Sa < 2.0μm）和粗糙（Sa > 2.0μm）[14]。另一个重要的参数是Sdar，它表示粗糙表面参照完全平坦光滑的表面展开后的面积。根据Teughels等[15]，种植体表面粗糙度及其化学成分对菌斑结构数量和质量具有显著的影响。最后，目前没有证据表明暴露于口腔的种植体表面将形成其成分取决于表面粗糙度的生物膜 [16–17]。种植体形貌如何表示和分类？Wennerberg简要回顾了适用于牙种植体的形貌测量方法。为了解释平均平面形貌要素的各向同性偏差，必须进行三维（3D）测量[18]。接触式仪器，比如表面轮廓仪，会低估表面形貌尺寸。以钛合金等软材料制成的螺旋状种植体，其评估首选光学仪器[19]。2D表面测量和表征的局限性，推动了高效实用的3D表面测量和表征技术的开发。借助三维技术可以更好地了解表面的功能状态。
实验方法
钛合金改性工艺
总共分析了25件圆柱形种植体（每种样品5件，对照样品+4种处理工艺），种植体原料为5号商业纯（CP）钛（Ti）合金（PM国际供应商，LLC，EEUU），即Ti-6Al-4V（TAV），其成分为90% Ti、6% Al（铝）和4% V（钒）。样品直径10mm、长5mm。以几种不同的牙科常用方法处理种植体样品的表面：
化学方法：接触四环素和光敏剂；
物理方法：超声处理
物理化学方法：碳酸氢盐喷射抛光；
下文将予以详述。
显微技术
使用下列显微技术：
共聚焦显微镜（CM）：CM提供一种获取物体3D图像的便利手段。用Leica DCM 3D双系统测量表面形貌和计算表面粗糙度参数。以放大率为20x、数值孔径（NA）为0.50的共聚焦物镜获取图像。
原子力显微镜（AFM）：在室温下用配备Nanoscope IVa控制器（Bruker）的Dimension 3100 AFM镜头进行AFM研究。所有AFM图像均用矩形硅悬臂（标称顶端针尖半径为10nm、弹簧常数为15 N/m、共振频率为145kHz）以敲击模式记录，扫描速率为1Hz，每张图像512×512个数据点。
扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线谱（EDS）：用JSM-7100F SEM（JEOL）和INCA 250 EDS（Oxford Instruments）研究Ti合金的表面形貌和组成。操作条件如下：加速电压15kV、放大率200x、工作距离10mm。
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