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    電化學腐蝕提高鈦合金表面促新骨形成的效果分析

    時間:2015-09-06 來源:未知 作者:小韓 本文字數:2096字

      骨整合是牙種植體成功的重要理論基礎[1-3].大量研究表明種植體的物理表面特征是影響骨整合的一個重要因素[4-5].目前種植體的表面處理方法主要有噴砂加酸蝕、陽極氧化、微弧氧化等,其最直接的目的就是在光滑的種植體表面形成均勻的多孔隙結構,增加種植體 - 骨的骨整合面積,提高種植體的初期穩定性及遠期成功率。本研究采用電化學腐蝕方法對鈦合金材料進行處理,并對處理后的鈦合金表面進行骨界面的組織學研究,探討該方法對提高鈦合金表面促新骨形成的效果。

      1 材料和方法

      1. 1 試件制備

      1. 1. 1 電化學腐蝕鈦試件 直徑 4 mm、長 10 mm圓柱形醫用鈦試件行陽極電化學浸蝕。處理條件:陽極為純鈦試件; 陰極為鉑片。工藝參數: 電解液,溶液溫度 15 ~50 ℃,蝕刻時間 15 ~100 s ,電流密度30 ~ 600 mA / cm2,電壓 2 ~20 V,極間距離 2. 5 mm,切割電化學侵蝕面形成厚度為 1 mm,直徑為 4 mm的圓盤狀,去離子水超聲清洗,自然干燥,消毒備用。

      1. 1. 2 噴砂加酸蝕鈦試件 直徑 4 mm、長 10 mm圓柱形醫用鈦試件切割成厚度 1 mm,直徑 4 mm 的圓盤狀,用粒徑 250 μm 的二氧化硅顆粒噴砂,噴砂方向與試件表面呈 45°,時間為 10 s.試件在鹽酸、硫酸和蒸餾水混合的酸性液體中浸泡60 s,清洗消毒備用。

      1. 1. 3 機械加工鈦試件 直徑 4 mm、長 10 mm 圓柱形醫用鈦試件切割成厚度 1 mm,直徑 4 mm 的圓盤狀,修整銳利邊緣并拋光后作為機械加工組,清洗消毒備用。

      1. 2 實驗試件的植入

      將新西蘭大耳兔固定于手術板上,于雙腿脛骨近心端用渦輪裂孔鉆預備鈦合金試件植入窩,長約4 mm,寬約 1 mm,兩孔間距為 1 cm( 圖 1) .將噴砂加酸蝕試件或機械加工試件放在遠心端預備窩中,電化學腐蝕試件放入近心端預備窩中( 圖 2) ,保證試件初期穩定性良好,逐層縫合肌筋膜、皮下組織和皮膚( 圖 3) .

      1. 3 大體標本

      術后 4 周、8 周、12 周在試件外周約 5 mm 處取下含有試件的脛骨標本。1. 4 組織學觀察將標本放入100 g/L 福爾馬林液中固定1 周,乙二胺四乙酸溶液中脫鈣 2 個月后行梯度脫水、包埋、切片( 4 μm 厚) 、蘇木精-伊紅染色觀察。

      2 結 果

      2. 1 試件表面觀察

      3 組試件鏡表面形貌見圖 4.電化學腐蝕鈦試件表面為均勻、多孔的粗糙表面; 噴砂加酸蝕試件表面孔隙較大、不均勻; 機械拋光組表面光滑,缺少孔隙結構。

      2. 2 組織學觀察

      3 組試件植入脛骨 4 周、8 周、12 周后,切片染色鏡下觀察結果見圖 5.

      電化學腐蝕組植入 4 周時界面無明顯炎細胞浸潤,交界面處可見較多的成骨細胞和骨膠原纖維,膠原纖維排列有序,可見新生血管及板層骨。8 周時骨界面可見骨膠原纖維和骨陷窩結構,以及骨小梁結構,骨小梁的周邊可見成骨細胞,可見較多的哈弗氏管。新生骨致密、連續、新骨結構呈板層樣,與舊骨分界不清。

      噴砂加酸蝕組植入 4 周時界面無明顯炎細胞浸潤,可見較多的成骨細胞和骨膠原纖維。8 周時骨界面可見骨膠原纖維和骨陷窩結構,以及骨小梁結構,骨組織凸凹不平。12 周時新生骨致密、連續,新骨結構呈板層樣,與舊骨分界不清。機械拋光組植入 4 周時界面無明顯炎細胞浸潤,成骨細胞較少。8 周時新生骨組織連續無間斷,但膠原纖維結構較紊亂,無明顯的板層結構。12 周時新骨較薄,骨組織致密.

        3 討 論

        種植體與骨形成穩定的骨整合是種植體行使功能的基礎,通過植入材料的改性,在一定程度上可以加快骨整合,提高骨整合率,增加牙種植體的使用范圍。鈦種植體除其表面的氧化層外,表面的微形貌可以直接影響種植體與骨之間的結合狀態,研究發現種植體表面粗化后可以提高種植體-骨之間的結合速度和骨整合率[6-7].

      目前,種植體表面粗化的方法主要包括鈦漿表面噴涂、陽極氧化、噴砂、噴砂加酸蝕等,本研究用電化學腐蝕方法[8-9]使金屬表面與介質( 電解質) 發生電化學反應,得到了質地均勻的粗化表面。本研究將電化學腐蝕處理后的鈦合金試件植入兔的脛骨,在不同時期的大體標本中試件與骨組織界面未見炎性纖維組織,試件與骨結合緊密。組織學研究發現電化學腐蝕表面在 4 周前具有明顯促進新骨形成的作用,在鈦合金-骨界面處形成較多板層骨,骨膠原及成骨細胞較多; 8 周時,電化學腐蝕鈦合金表面與噴砂加酸蝕表面無明顯炎細胞浸潤,交界面處可見較多的成骨細胞和骨膠原纖維,可見新生血管及板層骨,膠原纖維排列有序; 在4 周、8 周、12 周時機械加工表面骨成熟時間及量不如電化學腐蝕組。

      醫用鈦經電化學腐蝕后在早期具有促進新骨形成作用,這可能與其表面形貌特性有關,成骨細胞的多少以及其功能狀態對種植體早期的骨整合具有重要意義,研究表明成骨細胞在不同的粗糙表面會產生不同的功能狀態,微-納米級粗化表面可以增強成骨細胞的功能狀態[10-12].此外,在粗糙的種植體表面細胞堿性磷酸酶活性更高,轉移生長因子 β、骨鈣素、血小板活化因子 E2 釋放水平更高,這些因素都將促使更快、更穩定的骨整合[7].Palmquist 等[13]認為粗糙的微-納米級表面可以吸附更多的纖維鏈接蛋白,進而提高細胞外基質與成骨細胞的相互作用,增強骨整合,Oliveira 等[14-15]研究認為牙種植體表面形貌、親水性、化學成分、接觸角等都會影響種植體-骨之間早期的細胞附著和骨組織形成。本研究證實,經電化學腐蝕處理的鈦合金表面植體具有促進早期成骨的作用。

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