表面自由能的调控修饰对纯钛种植体生物学活性的影响研究

骨结合是种植体植入的成功标准及长期稳定临床效果的保证。作为种植体表面的重要特征之一，表面自由能（surface free energy,SFE）的增加可以增加材料表面润湿性以增强种植体与生物环境的相互作用，继而增加蛋白吸附，提高细胞粘附、增殖、分化和矿化，最终促进骨结合。然而纯钛SFE的相关影响因素及其影响机制仍无阐述，SFE调整材料生物活性的机制有待研究，如何通过有效方法控制SFE来提高种植体与宿主之间的反应，以最终促进骨结合，缩短临床治疗周期和提高骨结合的长期稳定性，这有着重要的研究意义和临床价值。因此，本研究将通过理化改性处理制备出具有不同SFE的粗糙表面，对其进行理化分析、体外细胞学检测、体内动物学实验以及蛋白学功能构想象分析等检测，以探讨种植体表面SFE的影响因素，控制和保存SFE大小的可行性方法，以及SFE对材料生物活性的影响及相关机制，以最终优化材料生物学活性，促进骨结合。

骨结合(osseointegration)是种植体植入的成功标准之一及长期稳定临床效果的保证。良好的种植体表面可以有效地促进骨结合的发生和形成。表面自由能 (surface free energy,SFE)的增加可以增加材料表面润湿性以增强种植体与生物环境的相互作用,继而增加蛋白吸附,提高细胞粘附、增殖、分化和矿化,最终促进骨结合。如何通过有效方法控制 SFE 来提高种植体与宿主之间的反应,以最终促进骨结合,缩短临床治疗周期和提高骨结合的长期稳定性,有着重要的研究意义和临床价值。本研究通过各种理化改性处理制备出具有不同 SFE 的粗糙表面,对其进行理化分析、体外细胞学检测、体内动物学实验以及蛋白学功能构象 分析等检测,来探讨种植体表面 SFE 的影响因素,控制和保存 SFE 大小的可行性方法,以及 SFE 对材 料生物活性的影响及相关机制。结果表明：在不改变SLA所形成的良好三维多级结构的基础上，通过调控种植体表面亲疏水性、元素组成及表面电荷状态及分布均能影响种植体表面的SFE。去除钛表面酸蚀过程S元素的污染以及材料老化表面的碳氢化合物污染可有效的提高材料表面的SFE。通过紫外光催化作用可有效的改变材料表面的基团分布及电荷状态，使材料更有利于吸附带异种电荷的蛋白、成骨细胞等机体内大分子。同时高SFE的种植体表面能明显提高生物材料与宿主的亲和性，更有利于蛋白质的早期吸附，从而影响后续细胞粘附等一系列细胞活动，促进接触成骨的发生，实现双向成骨的骨愈合模式，有效的促进早期骨结合。进一步通过建立兔颅顶骨标准骨缺损模型、Beagle犬拔牙后延期种植模型及Beagle犬胫骨上段模型，证实不同SFE微调控后的种植体具有较好的骨结合性能。另外，对疏水性因子SFE的改变及对骨代品及局部应用型活性因子的表面SFE修饰的研究表明，传统骨代品表面负载活性因子，可明显促进骨结合过程，通过纳米胶束或纳米粒载体包裹的方式，可提高了其与宿主间的亲和性，并起到缓释效果，延缓作用时间，进一步促进了骨结合的过程。该研究结果为实现种植题表面理化性能的优化，骨结合效能的提高，及骨代用品的研究应用，提供了较充足的理论及实验依据，具有较大的科学价值及应用前景。