纯钛表面HF酸蚀的微/纳米形貌筛选及其生物学活性研究

作     者：申明明 

作者单位：河北医科大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵云转;孔亮

授予年度：2016年

学科分类：1003[医学-口腔医学] 100302[医学-口腔临床医学] 10[医学] 

主      题：氢氟酸 表面处理 生物力学检测 微/纳米表面 酸蚀 细胞粘附 扫描电镜 原子力学显微镜 

摘      要：随着口腔种植学的飞速发展,种植牙越来越受到医生和患者的欢迎。然而,目前口腔种植仍然面临着治疗周期过长、骨质骨量不佳、种植成功率低等问题。因此提高种植体的骨结合,缩短种植体骨结合的时间是种植修复成功的关键,表面处理作为促进种植体骨结合最有效的方法一直是研究的热点。酸蚀作为最传统的表面处理方法因其操作简单、清洁廉价等原因,一直受到大家的广泛关注。目前常用的酸有HCl、HNO3等,近年来,由于在酸蚀的同时可以载入具有成骨作用的氟元素,使得HF成为了目前对种植体进行酸蚀处理的研究热点[1]。然而现有的研究对于HF酸蚀的浓度和时间没有较精确的标准,酸蚀后的表面形貌不能够较精确的控制,所以本研究通过不同浓度的HF,分别酸蚀不同的时间,从微观形貌上筛选梯度的微/纳米表面形貌,分析梯度的微/纳米表面的材料学性能,以及观察对人BMSCs生长和粘附的影响,并且通过将种植体植入SD大鼠股骨,进行一系列的动物实验验证。目的:1将纯钛用不同浓度的HF酸蚀不同时间形成的表面形貌进行筛选,并对梯度微/纳米表面进行材料学性能研究。2将人的BMSCs接种至梯度微/纳米表面,观察对细胞的生长和早期粘附的影响。3借助动物实验,采用活体植入种植体,评估梯度微/纳米表面对种植体早期骨结合的影响。方法:1梯度微/纳米表面的筛选与材料学检测:将纯钛钛片采用6种浓度的HF分别酸蚀6个不同的时间,根据其表面形貌筛选出梯度微/纳米表面,通过表面形态观察,表面化学成分及亲水性分析检测其材料学性能。2梯度微/纳米表面对人BMSCs早期生长和粘附的影响:将原代培养的人BMSCs接种至梯度微/纳米表面,通过扫描电镜观察细胞形态,通过鬼笔环肽和DAPI染色观察细胞的生长和粘附。3梯度微/纳米表面种植体对早期骨结合的影响:将hf酸蚀后制备的种植体随机植入sd大鼠股骨干骺端。3个月后取材,通过组织学观察评估梯度微/纳米表面促进种植体早期骨结合的能力,通过轴向拔出实验评估梯度微/纳米表面生物力学性能。结果:1筛选及表面形态观察:根据扫描电镜结果,将抛光组作为对照组,记为a组,从36组中筛选出具有梯度微/纳米表面的1%3min、0.5%12min和1.5%12min三组,分别记为b、c、d组。a组表面可见与抛光方向一致的沟槽,平行排列;b、c、d组分别形成宽约0.5-1μm、1-1.5μm、1.5-2μm的沟壑,高倍镜下可见b组在微米级沟壑的基础上出现直径约20-30nm均匀散在的点状颗粒,顶部较尖锐,c组出现约30-50nm的尖锐高耸的柱状结构,d组出现约50-100nm的山峰样结构,边缘圆钝。原子力学显微镜观察可见类似的表面特征。2x线能谱分析:各组主要元素均为ti,其中b、c、d组载入少量氟元素。3表面接触角测量:四组接触角分别为45±1.83,16.5±1.18,15±1.07,13.3±1.14,a组最大,b、c、d组明显小于a组,其中d组最小。4人bmscs的原代培养及传代:取髂骨培养5天可见bmscs从组织块中爬出,11天连接成片即可传代。5扫描电镜观察细胞形态:b、c、d组表面的bmscs数量更多,生长更加旺盛,伸展良好,可见更多的板状和丝状伪足。6共聚焦显微镜观察:各组细胞核边界清晰,着色均匀。a组表面细胞为梭性或三角形,b、c、d组的表面细胞更大伸展更好,呈多边形,板状伪足明显多于抛光表面。可见着色的骨架蛋白分布均匀,边界清晰,无断裂、分布紊乱等。7细胞粘附:b、c、d组表面的细胞粘附数量明显大于a组表面,其中60min时,d组表面细胞粘附数量明显大于b、c组且具有统计学差异。8硬组织切片染色:与a组相比,b、c、d组表面种植体周围矿化基质较多。四组骨结合率(bic%)分别为22.46±1.98,33.17±2.2,33.82±3.42,41.04±3.08。统计学结果显示b、c、d组表面骨结合率显著高于A组表面,D组明显高于B、C组(P0.05)。9生物力学检测:四组最大拔出力分别为30.11±3.36,57.92±2.88,57.83±4.09,67.44±6.14。统计学结果显示B、C、D组表面显著高于A组表面,D组明显高于B、C组(P0.05)。结论:1通过HF酸蚀成功构建了梯度微/纳米表面形貌,并且成功载入氟元素,其中HF的浓度和酸蚀时间对样品表面F含量无明显规律。HF酸蚀组的亲水性显著高于抛光组,微/纳米尺寸较大样品表现出更好的亲水性。2 HF酸蚀的表面BMSCs生长更加旺盛,伸展良好,可见更多的板状和丝状伪足。在同一个时间点HF酸蚀后的微/纳米表面的细胞粘附数量明显大于光滑钛片表面。其中具有1.5-2μm的沟壑50-100nm颗粒的表面细胞粘附显著高于其他酸蚀组。3 HF酸蚀种植体表面对种植体的早期骨结合明显优于抛光组,且具有1.5-2μm的沟壑50-100