通过调控羟基含量构建梯度渐变润湿性钛表面及其生物学效应研究

The successful application of titanium dental implants in clinic with superhydrophilic surfaces demonstrates that it is an efficient strategy to endow implants with appropriate surface wettability for enhanced osseointegration ability. However, the biologic effect of titanium implants with wettability gradient is hardly elucidated, and the optimal wettability parameter remains unclear. Hence, we first aim at the methodology development to prepare titanium surfaces with wettability gradients. Based on the wettability theory of solid surface, we first prepare titanium surface with micro/nano hierarchical structures and superhydrophilicity using novel anodic oxidation/sandblast and acid etching+alkali heat treatment. Then, hydrogen peroxide solution treatment or other methods are applied to treat superhydrophilic titanium surface to remove the surface hydroxyl (OH) groups coverage gradually by controlling the treatment conditions. Eventually, a series titanium surfaces with wettablity gradients from superhydrophilicity to superhydropholicity could be fabricated. Moreover, they will be used as a research model for further investigation. The influences of wettability gradient on fibronectin adhesion and conformation will be compared, and osteoblastic adhesion and differentiation on titanium surfaces with different wettability was evaluated. In addition, the early osteointegration ability of titanium implants with different wettablity will be examined. Through the studies above, the effect of wettablity gradient that spans the entire range on the biologic performance of titanium will be revealed. Then optimal wettability range of dental implant will be explored, which may provide scientific evidence for optimum design of titanium implants surface.

超亲水表面的口腔种植体在临床上的成功应用提示：赋予种植体适宜的表面润湿性是提高其骨整合性能的有效手段。但目前关于种植体润湿性梯度变化对其生物学性能的影响的研究鲜有报道，最佳的润湿性参数尚不明确。基于此，本项目首先解决钛种植体表面梯度润湿性的构建问题：基于固体表面润湿性理论，采用新型阳极氧化/喷砂酸蚀+碱热处理法制备具有微纳粗糙结构的超亲水性钛表面，然后采用双氧水处理等方法通过控制处理条件梯度去除钛表面羟基含量，从而构建出超亲-超疏梯度渐变润湿性的钛表面。然后，利用构建的模式表面，比较纤连蛋白在不同润湿性表面的吸附数量和构象变化，考察成骨细胞的黏附形态和分化能力对润湿性梯度变化的响应，评价不同润湿度的种植体在新西兰大白兔体内的骨整合情况。通过上述研究，阐明钛表面超亲-超疏梯度变化润湿性对其生物学效应的影响规律，进而探讨种植体的最佳润湿性参数范围，以期为钛种植体表面的综合优化设计提供科学依据。

尽管超亲水种植体在临床上已成功应用，但关于种植体表面润湿性梯度变化对其生物学性能的影响的深入研究鲜有报道。本项目拟首先研究钛种植体表面梯度润湿性的制备技术，然后，通过蛋白吸附、成骨细胞和兔骨植入实验，评价钛表面不同润湿度的生物学影响，以期探索种植体的最佳润湿性参数范围，为钛种植体表面的综合优化设计提供一定的科学依据。本项目建立了多种制备超亲、超疏极限润湿性钛表面的新型制备技术，采用新型阳极氧化法+碱热处理获得类骨吸收陷窝样超亲水表面，采用喷砂酸蚀法+热双氧水处理获得纳米化样超亲水表面，采用新型阳极氧化法+双氧水处理+陈化处理获得不依赖于有机物涂敷的超疏水表面，探索了水热处理、双氧水去羟基处理等条件对润湿性调节的影响，探索了空气、氮气、去离子水和无水乙醇保存对润湿性维持的影响；采用SEM、XPS、Raman、ToF-SIMS等表面分析手段，深入分析了各种制备方法及条件对润湿性调控的机理: 钛表面润湿性本质上受表面形貌（粗糙度）和表面化学组成两因素共同控制，双氧水处理通过分解产生的强氧化能力的羟基自由基能一定程度上去除阳极氧化钛表面的钛羟基基团，钛表面化学组成含有从空气中吸附的碳氢化合物，润湿性受其影响，增加了不可控性。经过一年多的技术摸索，在现有技术条件下，无法获得稳定的超亲到超疏的梯度润湿性的钛表面，项目组考虑到不稳定的材料难以客观分析后续生物学评价实验结果，无法得出可靠结论，本项目组调整了研究的方向和策略，暂停润湿性的生物学评价研究。结合获得的进展，开展了超亲水钛种植体的制备工艺和配套器具研发，完成了系统的体外生物学评价，并开展了小型猪下颌骨延期种植实验研究。另利用基于等离子体电解氧化技术制备出具有可见光催化性能和良好抗机械刮治能力的TiO2-X涂层,将其作为一种新型种植体表面涂层技术，进行光催化降解去污的实验研究，探索用于感染种植体深度清洁的新策略。综上，本项目围绕钛种植体的润湿性进行了较深入的研究和思考，并拓展出利用TiO2光催化降解性能实施感染种植体深度清洁这一新的研究思路。