伴隨口腔種植修復技術的飛速發展，人們對牙種植體材料的開發與研究也隨之增多。醫用鈦及鈦合金種植體不但能與骨形成骨整合（骨組織與種植體表面直接接觸，兩者間無軟組織介入），而且植入人體不會引起局部或全身的不良反應，無致畸、致敏、致癌作用，且擁有良好的生物相容性、力學性能和機械加工性能，是目前非常理想的牙種植體材料。

    在牙種植體的臨床應用方面，純鈦表面容易形成惰性生物層，存在生物活性差、缺乏骨誘導作用及抗菌性差等問題。為提高鈦及鈦合金材料的生物活性及抗菌性能，目前主要的研究途徑包括：一是從設計復合材料角度出發，將生物活性材料與鈦基體進行合金化；二是通過表面改性來賦予鈦合金生物活性，并改善抗菌性能，如涂覆活性涂層等。本文就醫用鈦及鈦合金牙種植體生物相容性及其相關抗菌性能的研究現狀做一綜述。

    1.鈦合金成分

    鈦合金中所添加的合金元素應該對生物體無毒性，并且加入的合金元素還應具有一定的生物相容性、抗菌性能及機械性能。鈦合金元素如鈮（Nb）、鋯（Zr）、鉭（Ta）等為無毒元素，生物相容性好；鉬（Mo）、Cu、Ca/P、Mg、Si、N、Ag、F、Zn等具有某種程度的生物相容性。通過粉末冶金技術，將Nb、Zr、Mo等元素添加到醫用純鈦中，既能得到生物相容性好的鈦合金，還能降低鈦合金的彈性模量和提高合金的強度；而醫用純鈦通過離子注入等方法，在表面注入Ca/P、Mg、Si等元素能誘導骨組織形成，注入Ag、F、Zn等元素可改善鈦合金的抗菌性能?；谶@些考慮，目前所研發的醫用鈦及鈦合金種植材料主要由Nb、Zr、Cu、Ca/P、Ag等元素組成。

    2.鈦合金相

    Ti元素有兩種晶型，具有密排六方點陣的α-Ti，存在溫度為882.5℃以下；具有體心立方點陣的β-Ti，存在溫度介于882~1668℃。從這個意義上，鈦的合金化元素分為3類：（1）α穩定元素，例如N、C；（2）β穩定元素，例如Nb、Ta；（3）中性元素，例如Zr。而按退火后的組織特點分為α、α+β和β型鈦合金3大類。α和近α型鈦合金作為醫用生物材料時顯示出優越的耐腐蝕性能；α+β型鈦合金由于存在α和β兩相而顯示出較高的強度，材料的性能取決于組成α和β兩相的相對比例、熱處理和熱機械處理條件；β型鈦合金具有高強度、好的成形性，還具有優越的耐腐蝕性能和低彈性模量（與人體骨接近），是目前醫用鈦合金牙種植材料的主要研究熱點。

    3.鈦合金化

    一般來說，不同的合金元素加入醫用鈦基體中，除了能提高合金的強度外，都應具有良好的生物相容性。

    3.1Nb元素

    Nb元素是重要的β穩定元素，在強化合金的同時，還能保持較高的塑性。Ti-Nb合金與牙科常用合金同時出現在口腔環境時，可認為不會有電偶腐蝕發生，且Ti-Nb合金比純鈦有更為優秀的耐腐蝕性能。李凱等證實，Ti-Nb合金細胞毒性為0級，與純鈦相近，具有良好細胞相容性；通過溶血試驗，表明Ti-Nb合金無溶血性，在植入體內后與血液接觸時是安全的；動物實驗初步證明，Ti-Nb合金具有良好的生物相容性。以Ti-Nb合金為載體，進一步對Ti-Nb合金進行深入研究，Ti-Nb系合金有望成為新型的牙種植體材料并能夠用于臨床。

    3.2Zr元素

    Zr元素與鈦基體進行合金化，可以提高合金的強度。王勇等研究表明，Ti-Zr合金的細胞毒性微小，不產生過敏反應，無牙齦紅腫、充血等不良反應，對人體危害極低，說明Ti-Zr合金安全可靠。而Bernhard等通過成骨樣細胞（MG-63）實驗，表明Ti-Zr（13wt%~17wt%Zr）合金的生物相容性不比純鈦差，具備優良牙種植體材料性能，為Ti-Zr合金作為牙齒種植材料提供了理論基礎。而經酸蝕、陰極化處理的Ti-Zr合金，可促進牙齦成纖維細胞貼附，減少菌斑附著，利于種植體周圍軟組織形成，亦可作為一種新型牙種植體基臺材料。未來以Ti-Zr合金作為基體，再通過添加改善力學性能和耐蝕性能的合金元素的Ti-Zr合金牙種植體將是研究的熱點。

    3.3Mo元素

    金屬Mo具有硬度高、力學性能優異等優點，并能提高合金的耐腐蝕性能。醫用多孔Ti-Mo合金中Mo元素的添加已被證實無細胞毒性及無過敏反應，還可提高合金的強度、韌性等。梁丹丹采用粉末冶金法，成功獲得可滿足臨床上對于松質骨替換材料孔隙特征和力學要求的多孔Ti-14Mo合金。實驗中Ti-14Mo合金經堿熱處理和模擬體液（SBF）浸泡后，合金表面生成羥基磷灰石和磷酸八鈣混合物，證實多孔Ti-14Mo合金具有良好的生物相容性。具有多孔結構、低彈性模量及生物相容性優良的Ti-Mo合金作為牙種植體材料，將有著重要的研究意義及應用前景。

    3.4Cu元素

    金屬Cu具有良好的延展性和韌性，并且耐磨損、硬度高。Cu元素是人體主要的微量元素。Zhang等研究表明，不同含量Ti-Cu（2，5，10，25wt%Cu）合金對成骨樣細胞（MG63）都具有非常好的細胞相容性，與純鈦相比無差異。Ma等實驗研究也證實，Ti-Cu（5wt%Cu）合金對MC3T3-E1細胞具有良好耐受性，不產生毒性，和純鈦一樣，都具有良好的細胞相容性。董會實驗表明，Ti-Cu合金和純鈦都具有促進骨生成的能力，具有良好的骨整合能力及骨相容性。雖然含銅量高的Ti-Cu合金具備更高的硬度、強度及低熔點，但攝入過多的銅會使大量的銅離子堆積在細胞內，產生嚴重的細胞毒性，導致組織損傷或其他疾病。

    另一方面，人們很早就認識到Cu元素具有廣譜抗菌性。對Cu的抗菌機制，最新研究表明，含Cu合金之所以具有抗菌性能，主要是合金中存在富Cu的ε-Cu相，稱之為抗菌相。細菌在Cu表面不易形成保護性的生物膜，Cu可以破壞細菌的細胞膜結構，導致細菌凋亡。而Shirai等研究證實，Ti-Cu（10wt%Cu）合金對大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的強抗菌性為99.9%的抗菌率。而Ti-Cu（1，5wt%Cu）合金的抗菌性為30%的抗菌率。Ti-Cu合金利用銅的抗菌特性使其具有長效、廣譜的抗菌性，且對多種細菌的殺菌率可達90%以上甚至100%，符合中國抗菌材料及制品行業協會規定標準。因此，基于這些優點，研究出最佳比例的Ti-Cu合金牙種植體材料將是未來研究熱點。

    4.鈦表面改性

    目前醫用鈦合金的表面改性主要通過添加一些成分使金屬材料表面合金化、生物化，在保留鈦及鈦合金原有優良性能（如低模量）的基礎上，達到改善鈦合金的生物活性、實現骨性結合、增強植入體抗菌性能等作用。相關統計分析表明，口腔種植治療階段約5%的醫用鈦合金牙種植體失敗。失敗最主要原因是由于早期成骨細胞黏附不理想，使得骨-種植體界面的骨整合不充分，以及種植體周圍細菌感染所致的種植體周圍炎，最終導致種植體與骨結合界面喪失，造成種植義齒松動，甚至脫落。

    對于鈦基牙種植體來說，不是鈦本身，而是其表面所形成的厚約1.5~10nm的致密氧化層引導并調節了種植體周圍組織的再生反應，并與周圍骨組織結合。牙種植體表面改性方式日益增多，以表面加成法、表面減少法、表面轟擊法和表面氧化法為基礎，可以向種植體表面添加具有誘導骨組織形成的成分（如Ca/P、Mg、Si、Ta、N）來促進骨整合，也可以添加有抗菌效果的成分（如Ag、F、Zn）來預防種植體周圍炎。

    4.1誘導骨組織形成的元素

    人體骨組織中無機鹽的主要成分為羥基磷灰石（HA），主要是Ca、P元素。與此同時，骨的無機鹽成分還包括Mg、Si等微量元素成分，在骨代謝中也發揮重要作用。

    4.1.1Ca、P元素

    由于鈦合金誘導磷灰鹽沉積的能力差，鈦及鈦合金經過表面改性處理后，使其表面形成含有Ca、P元素的HA涂層，可以誘導骨組織的形成并達到生物化學性結合，能顯著改善鈦合金牙種植體表面的生物活性，甚至短期內能引起更快、更好的骨反應。實驗證實，HA涂層能激活成骨細胞的增殖和表達，使種植體與骨直接接觸，從而提高種植體初期骨結合的速度、骨結合率和骨結合密度。然而，HA涂層在生理環境下存在較長時間后，涂層容易發生溶解與吸收，將直接影響牙種植體長期的穩固。

    目前各種研究表明，可通過等離子噴涂、電子束輔助沉積等技術，來彌補鈦基牙種植體涂層易脫落、易吸收的不足。HA等離子噴涂所形成的多孔鈦涂層，大大增加了種植體和骨組織的接觸面積，從而使種植體的穩定性增加。但在種植體植入過程中或長期負重后，鈦涂層也存在由于微米級涂層的附著強度不足，可能承受過大摩擦力時涂層與種植體出現分離、剝脫，最終導致種植失敗。趙寶紅等研究表明，使用離子束輔助沉積法制備的涂層與基體的結合強度明顯高于等離子噴涂法。采用該技術在純鈦表面沉積多孔TCP/HA復合涂層，更有利于種植體周圍組織的長入。同時，析出的Ca、P離子刺激周圍組織愈合，提高了牙種植體的成功率。

    4.1.2Mg元素

    與醫用陶瓷材料相比，金屬Mg有良好的力學強度和高斷裂韌性，且彈性模量接近于人骨。有報道證明，鈦合金植入材料通過表面改性技術，使鈦合金表面含有納米級鎂離子，可有效提高材料的骨整合能力。Cho等研究顯示，經Mg2+注入的鈦基牙種植體表面的骨整合能力優于或相似于未注入種植體，且Mg2+質量分數約為9%時，牙種植體誘導成骨能力最強。然而，Mg的化學性質極為活潑，在含有Cl-的人體環境中，其表面保護膜會遭到破壞，短時間內腐蝕降解后，新骨尚未生長，仍然會導致種植失敗。為此，采用微弧氧化法、堿熱法等表面改性技術提高Mg表面耐蝕性，進而可降低Mg的腐蝕速度，提高Ti-Mg合金牙種植體與骨的骨結合率。

    4.1.3Si元素

    Si在人體組織和體液中普遍存在，是人體必需的微量元素。Balas等進行體外和動物體內試驗對比研究了HA和Si-HA的生物活性，體內植入結果表明Si-HA促進骨組織的形成。因此，采用表面改性技術，在純鈦表面形成Si-HA涂層，使醫用Ti-Si合金牙種植體能夠與人體實現良好的骨結合。

    4.1.4Ta元素

    金屬Ta在生物體內呈現惰性，可作為很多植入體的醫用材料。鄒琳采用激光溶覆技術將Ta涂層與純鈦實現有效結合，實驗還證實Ti-Ta合金比醫用鈦合金對小鼠成骨細胞（MC3T3-E1）的黏附、增殖及分化有更加顯著的促進作用，具有更好的生物相容性。Ta制人工骨小梁、顱骨修復體等已經在臨床應用中獲得成功，將Ta元素作為涂層材料噴涂于鈦合金牙種植體表面可提高鈦合金抗腐蝕、耐磨損性能，并能增強牙種植體的長期生物穩定性。

    4.1.5N元素

    TiN具有美觀的金黃色，且硬度高、熔點高。近年來的研究報道證實，利用N離子注入工藝在鈦合金表面形成的TiN薄層，具有非常好的生物相容性、優良的耐腐蝕和耐磨性能，因此它可應用于口腔頜骨等硬組織，提高牙種植材料的耐久性。

    4.2改善抗菌性能的元素

    許多研究證實，種植并修復后不久，鈦種植體周圍（主要是頸部）便出現菌斑堆積，進而導致種植體周圍炎并引起骨性結合界面喪失，最終造成種植體松動和脫落。目前，針對提高牙種植體表面抗菌性能的研究較多，關注的材料主要包括Ag、F、Zn等元素。

    4.2.1Ag元素

    在目前發現的各種具有抗菌功能的金屬中，Ag離子抗菌性能最佳、持久性好、不產生耐藥性。Ag在很低濃度下與微生物體內的巰基酶結合，形成不可逆的硫-銀化合物，破壞微生物細胞的活性，并導致其凋亡，同時它還能破壞微生物的DNA分子。因此，Ag的引入必然可提高鈦合金的抗菌性能，大大降低牙種植體周圍感染的可能性。李菁等在醫用鈦種植體表面采用凝膠法制備載銀HA-TCP涂層，研究發現，安全劑量的Ag離子不但具有強大的抗菌作用，對牙齦卟啉單胞菌和伴放線放線桿菌有一定的抗菌能力，增強種植體穿齦部位的抗菌性，促進種植體穿齦部位的軟組織結合，而且鈦種植體表面載Ag溶膠凝膠涂層，使種植體獲取了生物活性，對提高Ti-Ag合金牙種植體成功率具有重要意義。

    4.2.2F元素

    許多研究已證實，F元素具有良好的抗菌性能。Yoshinari等將F離子引入到純鈦表面，證實處理后的樣本可有效抑制牙齦卟啉單胞菌等種植體周圍炎的致病菌生長。劉慧穎等通過等離子體浸沒離子注入（plasma immersion ion implantation，PIII）技術對鈦表面進行F離子注入，掃描電鏡觀察結果表明，F離子注入后可使黏附于材料表面的牙齦卟啉單胞菌數量減少且菌體形態發生變異，甚至出現崩解、破碎。結果顯示，改性后的Ti-F合金牙種植體有更好的抗菌性能。

    4.2.3Zn元素

    Zn元素也具有抑菌作用，可能在牙種植體材料抗菌性能方面具有應用潛能。江華洲等通過溶膠凝膠法在種植體表面制備含Zn的碳磷灰石涂層材料，發現Zn離子取代磷灰石中的Ca離子，低Ca條件下可提高Zn離子進入HA的量，同時Zn離子對碳磷灰石形成具有促進作用，含Zn的碳磷灰石涂層材料具有良好抗菌效果、低溶解性和高生物活性。相關研究表明，將Zn元素引入到鈦板表面后，可顯著抑制變形鏈球菌在鈦板的附著，并呈濃度梯度相關性，提示Zn元素具有良好的抗菌性能。

    5.展望

    鈦及鈦合金由于自身理化性能的優勢在種植材料領域中占主導地位，并將繼續得到延續和發展。隨著人們對健康、安全理念的追求，促使研究者不斷去研制最佳比例的醫用鈦合金牙種植體材料，以滿足更出色的生物相容性能。另外，對醫用鈦基牙種植體材料表面進行改性處理，使種植體材料對成骨細胞有更好的誘導作用，以及能長久有效地預防種植體周圍炎，將是今后研究熱點。

    來源：中國實用口腔科雜志2016年7月第9卷第7期 作者：馬凱，趙寶紅，鄧春富，中國醫科大學口腔醫學院·附屬口腔醫院種植中心，遼寧省口腔醫學研究所口腔種植研究室

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org

責任編輯：王元

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事

投稿聯系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414