喷砂酸蚀表面钽离子溅射处理植体的动物实验研究

发布时间：2017-10-29 14:23

  本文关键词：喷砂酸蚀表面钽离子溅射处理植体的动物实验研究

  更多相关文章： 钛 钽 表面改性 骨结合 种植体周围炎

【摘要】：研究背景有别于固定义齿、活动义齿及固定-活动联合义齿等缺牙修复方式,种植义齿以其在维持牙槽骨健康,使义齿拥有相似于自然牙的咬合力,不损伤邻牙,固位力强及美观舒适等优势,已成为缺牙修复的首选方法之一。虽然随访显示钛种植体10年成功率已达90-95%,但种植失败相关的病例仍时有报道。研究表明种植体周围炎主要表现为软组织炎症,骨组织进行性吸收和植体周骨袋的形成,为导致种植体松动失败的重要原因。基于此,开发抗菌性能优越、有利于成骨的各类抗菌种植体表面处理技术已成为种植体研究的重要方面。钛及钛合金材料凭借其良好的生物相容性、耐腐蚀性等优点,成为最常用的种植体材料。然而长期研究结果发现钛基种植体仍存在生物活性差、与周围骨组织的结合强度低、愈合时间长等问题,这些问题降低了患者的生活质量且影响着患者的工作和生活。为了进一步改善钛及钛合金种植体的生物活性及骨传导性,获得更好的成骨效果及优越的抗菌性能,结合多种表面处理方法对植体进行处理是当今种植体表面处理发展的一大趋势。喷砂酸蚀(Sand Blast and Acid Etching, SLA)表面具有良好的机械生物相容性和骨组织引导性,近些年来,其良好的属性已经得到了口腔种植界的公认并成为国际上使用最为广泛的种植体表面之一。喷砂酸蚀植体表面可形成二级粗糙度：一级粗糙度与骨陷窝类似,对成骨细胞的附着利；二级粗糙度可以通过刺激成骨细胞增殖分化,对骨结合的形成有利。此外,体内试验显示喷砂酸蚀处理可显著增加种植体的扭矩值。但粗糙表面会增强与微生物的作用,导致种植体周围炎以及材料表面腐蚀等；喷砂酸蚀表面会嵌留下一些不利于骨结合的颗粒等,以上这些不足促使着口腔种植学者们继续对种植体表面处理的方法深入研究。近年来,具有“亲金属”元素之称的钽(Ta)以其极佳的生物相容性、稳定性及优良的抗腐蚀性能逐渐被引入口腔领域。研究表明MTT比色法评价钽涂层浸提液对L929细胞毒性为0级,且钽涂层能通过阻止钛离子的释放而改善其生物相容性。Kim将多孔钽加载到钛种植体上制成组合式牙科种植体,犬颌骨内可观察到多孔钽内有明显的骨组织长入。细菌黏附是植入物感染的始动因素,研究表明金黄色葡萄球菌与表皮葡萄球菌在钽表面的黏附力显著低于钛合金、不锈钢等,大大降低了因感染导致的植入体失败率。骨组织是一种高度有序分层组装的组织,其由纳米级单元的胶原纤维、矿物盐离子等组装成微米级单元的骨板、哈弗斯系统,再由上述微米级单元组装成松质骨、皮质骨等组织结构。因此,从仿生学角度看,在植体表面构建具有仿生效果的微-纳米表面对提高植体的早期骨结合有利。微-纳米级的表面改性是促进钛种植体成骨性和长期稳定性的最有前景的方式。离子溅射作为一种有效形成纳米表型的方法被广泛用于半导体及金属材料表面,通过形成纳米级的表面而改善其性能并添加新的功能。该技术最近被引入生物工程领域以在金属植体表面形成粗糙表面,并显示出有效的体外生物相容性。研究目的本研究拟通过离子溅射的方法在喷砂酸蚀形成粗糙表面的基础上形成含钽的纳米复合结构,并分析其表面理化性能；通过犬胫骨植入实验,测试种植体-骨界面结合强度并对植体周围骨组织进行形态学分析,评价喷砂酸蚀植体表面钽离子溅射处理对植体骨结合的影响；通过建立犬颌骨种植体周围炎模型探讨钽离子溅射喷砂酸蚀植体在种植体周围炎模型中的表现及对常规治疗的反应,从而了解该种表面处理的应用前景并为其提供实验依据。本论文包括以下三章内容：第一章钽离子溅射喷砂酸蚀植体表面处理及表面性状研究目的：本研究拟构建钽离子溅射纯钛植体、钽离子溅射喷砂酸蚀植体,与喷砂酸蚀植体比较,观察并分析其微观形貌、元素组成等方面。方法；1.实验用植体的制作及表面处理：纯钛条按Dentium SuperLine系列FX4008型种植体数据加工,随机分3组处理。钽离子溅射植体组：在5×104 Pa气压、100℃环境、800 V偏压中用高纯度金属钽(99.99%)颗粒在高浓度氩气流(99.99%)中以60 W直流电作用1 h；喷砂酸蚀植体组：4.5×105Pa气压下用200 μm氧化铝颗粒轰击纯钛植体30 s；于18%盐酸与49%硫酸混液中60℃水浴加30 min；钽离子溅射酸蚀喷砂植体组：随机选取处理好的喷砂酸蚀植体,以钽离子溅射植体组同等条件处理。2.种植体表面形貌观察及元素分析：场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察各组样本的表面形貌。X射线能谱仪(EDS)分析各组表面元素组成及含量。X射线光电子能谱仪(XPS)分析各组表面元素化合状态。结果：1. FE-SEM观察可见喷砂酸蚀植体组表面为微米级的多孔网状结构；钽离子溅射植体组表面为纳米网状结构；钽离子溅射喷砂酸蚀植体组表面为微纳米网状结构。2.EDS分析显示喷砂酸蚀植体表面不存在Ta离子;钽离子溅射植体表面含93.397%的Ta离子；喷砂酸蚀植体表面在钽离子溅射处理后,其表面有约33.208%的Ta离子结合。3.XPS图谱可见喷砂酸蚀植体表面不含Ta元素峰谱,钽离子溅射植体和钽离子溅射喷砂酸蚀植体表面含Ta元素峰谱。结论：经钽离子溅射处理的喷砂酸蚀植体可获得表面含有Ta元素的微纳米复合表面。第二章钽离子溅射喷砂酸蚀表面对种植体骨结合影响的动物实验研究目的：通过Beagle犬胫骨实验,分析钽离子溅射喷砂酸蚀植体植入犬胫骨后与骨组织的相互反应及植体周围骨形成的情况,评价喷砂酸蚀植体表面钽离子溅射处理对植体骨结合的影响。方法：1.实验动物分组：随机将6只Beagle犬分为3组,每组2只。2.种植体植入：犬两侧胫骨膝关节端骨骺线下5mm处起,每侧胫骨预备6个种植窝,间距8mm。随机植入实验一制备的三种表面处理的植体各24枚。3.共振频率分析测量：在植体完全就位后,及植体植入后第4、8、12周时用Osstel共振频率分析仪测量并记录植体的ISQ值。4.处死实验动物：按组分别在胫骨植入植体后第4、8、12周时用空气栓塞法处死。5.种植体拔出力测试：分离胫骨标本,每组实验动物随机选出三种不同处理表面的植体各2枚测试其拔出力。6.组织切片观察分析：除去拔出力测试外的全部胫骨标本制作不脱钙硬组织切片,甲苯胺蓝染色。观察种植体周骨组织形态,并对骨组织形态行计量学指标的观测。7.统计方法：用SPSS 22.0统计分析软件行统计学处理,结果以x±s表示。整体分析采用重复测量的方差分析；各指标各时间点组间比较：当满足方差齐性时整体分析采用单向方差分析,两两比较用LSD法；方差不齐时,整体分析用近似F检验Welch检验,两两比较用Games-Howell检验；各组内不同时间点比较采用重复测量的方差分析。假设检验为双侧检验,认为P0.05差异有统计学意义。结果：1.实验过程中无Beagle犬意外死亡,植体存留率达100%。2.胫骨标本大体观察可见植体顶部覆盖螺丝部分被周围骨组织和纤维组织等包埋。随时间延长覆盖螺丝周围的骨组织增多。3.共振频率测量：在0周时各组植体ISQ值无统计学差异；4、8、12周时钽离子溅射喷砂酸蚀组ISQ值显著大于钽离子溅射组；8、12周时钽离子溅射喷砂酸蚀组ISQ值与喷砂酸蚀组无统计学差异。4.拔出力结果显示：在4、8、12周时,钽离子溅射组的拔出力显著小于喷砂酸蚀组及钽离子溅射喷砂酸蚀组；喷砂酸蚀组的拔出力显著小于钽离子溅射喷砂酸蚀组。5.4周时,植体螺纹区可见新生编织骨。8周时,骨组织与新生骨间骨量增多,编织骨改建。12周时,新生骨趋于成熟。密质骨区新生骨密度高于松质骨区,钽离子溅射喷砂酸蚀组植体周新生骨密度高于酸蚀喷砂组,钽离子溅射组植体周新生骨密度最低。6.在4、8、12周时,钽离子溅射组的BIC值显著小于喷砂酸蚀组及钽离子溅射喷砂酸蚀组；喷砂酸蚀组的BIC值显著小于钽离子溅射喷砂酸蚀组。结论：经钽离子溅射处理的喷砂酸蚀种植体可有效提高植体的骨结合率,增加植体的稳定性。第三章钽离子溅射酸蚀喷砂植体对实验性种植体周围炎的影响目的：通过Beagle犬颌骨种植体周围炎模型比较钽离子溅射喷砂酸蚀植体与喷砂酸蚀植体在种植体周围炎的表现,评价喷砂酸蚀植体表面钽离子溅射处理对种植体周围炎的影响。方法：1.拔牙：微创拔除6只Beagle犬双侧下颌各8颗前磨牙。2.植体植入：愈合8周后,6只犬分别按从左侧远中到右侧远中的顺序依次植入STTSTSTS,TSSTSTST,STTTSSTS,TSSSTTST,STTSTSTS,SSTTSTST(其中S表示喷砂酸蚀植体,T表示钽离子溅射喷砂酸蚀植体)。3.分组：二期术后从左侧远中到右侧远中依次将植体记为1-8号,其中1、2、3、6、7、8号为实验组,植体基台颈部缠绕4-0丝线制造种植体周围炎模型；3、6号植体为药物治疗的阳性对照组；4、5号植体为非绑线的基线组。每周2次对4、5号植体行菌斑控制,对3、6号植体盐酸米诺环素龈周上药,并检查绑线植体颈部丝线有无脱落。最后一次探诊检查1周后处死实验动物。绑线的T植体记为A组,S植体记为B组；绑线并经盐酸米诺环素治疗的T植体记为C组；T植体记为D组;S植体记为E组。4.临床指标测量：在安放修复基台后2、4、6、8周时,分别检测种植体周软组织临床指标,包括：牙龈指数(gingival index, GI)、菌斑指数(plaque index, PI)、改良出血指数(1nodified Sulcus Bleeding Index,mSBI)、种植体周探诊深度(probing depth, PD)。5.骨缺损测量：切开黏膜,暴露种植体与骨缺损区,直视下用牙周探针及千分尺分别测量缺损深度(Defect depth, DD)及缺损宽度(Defect width, DW)。6. Micro-CT扫描：Beagle犬处死后分离出下颌骨,行Micro-CT扫描,观察植体周围骨组织的情况。7.组织切片观察：制作带植体不脱钙硬组织切片,甲苯氨蓝染色。光学显微镜观察种植体颈部骨结构及骨吸收情况。8.统计方法：同第二章。结果：1.实验过程中无Beagle犬意外死亡。植体植入后均未出现排斥反应。2.GI：B组的GI显著大于A组、C组；第4周时A组的GI显著大于C组；基线组的D组与E组无统计学差异。3.PI：B组的PI显著大于C组；第4、6周时A组PI显著大于C组；第4、6、8周时B组PI显著大于A组；D组和E组无统计学差异。4. mSBI:B组的mSBI显著大于A组、C组；第6周时A组mSBI显著大于C组；D组和E组无统计学差异。5.PD：B组的PD显著大于A组、C组；第4、6、8周时A组PD显著大于C组；D组和E组无统计学差异。6.DD和DW：B组DD和DW均显著大于A组、C组；A组的DD和DW显著大于C组；D组和E组无统计学差异。7.Micro-CT检查：B组与A组植体颈部均可见明显的垂直骨吸牙槽嵴高度降低,B组较A组植体周骨吸收更为明显,舌侧较颊侧骨吸收更为明显,C组颈部骨吸收较A组轻。基线组D组和E组种植体周围骨接触良好。8.植体周骨组织形态学检查：A、B、C组植体颈部可见牙槽骨吸收,B组植体颈部牙槽骨吸收最明显。D组和E组植体颈部未见明显骨吸收。结论：经钽离子溅射处理的喷砂酸蚀植体较酸蚀喷砂植体相比能延缓种植体周围炎的发生发展并减轻种植体周围炎的症状。
【关键词】：钛 钽 表面改性 骨结合 种植体周围炎
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R783
【目录】：

• 摘要3-10
• ABSTRACT10-21
• 前言21-25
• 第一章 钽离子溅射喷砂酸蚀植体表面处理及表面性状研究25-33
• 1. 材料与方法25-27
• 2. 结果27-30
• 3. 讨论30-33
• 第二章 钽离子溅射喷砂酸蚀表面对种植体骨结合影响的动物实验研究33-55
• 1. 材料与方法33-41
• 2. 结果41-51
• 3. 讨论51-55
• 第三章 钽离子溅射喷砂酸蚀植体对实验性种植体周围炎的影响55-74
• 1. 材料与方法55-63
• 2. 结果63-71
• 3. 讨论71-74
• 全文总结74-75
• 参考文献75-90
• 中英文对照缩略词表90-91
• 攻读学位期间成果91-92
• 致谢92-93

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本文编号：1113373