基于快速骨整合和形成生物性封闭的牙种植体材料及表面改性研究

Dental implant material of mesoporous magnesium calcium silicate/polyetheretherketone composite, with mechanical strength and elasticity modulus similar to bone tissue, will be fabricated. The good bioactivity and mechanical properties would be achieved by regulating the composition and processing technology of the composite. The surfaces of composites (the intraosseous segment) will be modified by the particle impact-acid treatment to form meso-microporous structure, and slow release Genistein to stimulate the new bone regeneration and promote osseous union, and rapidly form osseointegration, which could achieve immediate loading and long-term stability of dental implant. The surfaces of the composites (the trans-gingival segment) will be modified by femtosecond laser technology to form different roughness and micro-groove with different width, which induces the growth and adhesion of gingival tissue to form biological sealing. The biological sealing could prevent peri-implantitis, which solves the problem of loosening and loss of dental implant, and improves the long-term success rate of dental implants. The effects of composition and surface special properties on mesenchymal stem cells/osteoblasts and gingival epithelial cells/fibroblasts behaviors (such as adhesion, proliferation and differentiation, related genes and protein expression) will be investigated and its mechanism would be uncovered. The effects of forming osseointegration with host bone and forming biological sealing with gingival tissue will be investigated in vivo and its mechanisms will be uncovered. The biocompatibility and biosecurity of the dental implant materials will be evaluated, which provides the new materials and technology for tooth loss replacement.

研制力学强度、弹性模量与骨相近的介孔硅酸钙镁/聚醚醚酮复合牙种植体材料，调控复合材料组成和加工工艺等，赋予其优良的生物活性和力学性能。用颗粒撞击-酸化技术，对复合材料（骨内段）进行改性，在其表面构建介孔-微孔的多级孔结构，缓释染料木素，刺激新骨再生，促进骨愈合，快速形成骨整合，实现牙种植体的早期负载和长期稳定。用飞秒激光技术对复合材料（穿龈段）进行改性，在其表面构建不同粗糙度和宽度的微沟槽结构，引导牙龈组织生长和附着，形成生物性封闭，防止种植体周围炎，解决牙种植体易松动、脱落等问题，提高种植牙的长期成功率。研究复合材料组成、表面特征等对间充质干细胞/成骨细胞、牙龈上皮细胞/成纤维细胞行为如粘附、增殖与分化、相关基因和蛋白表达的影响，揭示其机制。研究复合材料在生体内形成骨整合、与牙龈软组织形成生物性封闭的效果，揭示其机制。评价复合材料的生物相容性和安全性，为牙缺失修复提供新材料和新技术。

研制出力学性能、弹性模量与骨组织相近的介孔硅酸钙镁（MCS）/聚醚醚酮（PK）复合牙种植体材料，该复合材料具有良好的力学性能，弹性模量与人骨相近，随着MCS含量的增加，其表面粗糙度、力学性能均有所增加；采用颗粒撞击-酸化技术对复合牙种植体材料（骨内段）进行表面改性，在其表面构建微纳孔结构，并负载染料木素；采用飞秒激光技术对复合牙种植体材料（穿龈段）进行表面改性，在其表面构建微纳结构（微沟槽），并暴露出更多MCS，提高其表面生物活性。复合材料表面在模拟体液中能快速形成类骨磷灰石，显示出很好的生物活性；随着MCS在表面暴露量的增加，复合材料表面的磷灰石形成能力增加；复合材料具有良好的抗腐蚀能力（在Tris-HCl溶液浸泡3个月）。.复合材料能促进成骨细胞黏附、增殖和成骨分化，随复合材料中MCS含量增加，其效果明显增加。通过颗粒撞击-酸化技术改性复合材料（骨内段），在其表面形成粗糙表面、微孔结构，同时表面暴露出更多的MCS，这些表面特征能促进成骨细胞黏附、增殖与分化及成骨细胞相关基因的表达。通过飞秒激光对复合材料（穿龈段）进行表面改性，在其表面构建微纳结构，同时表面暴露出更多的MCS，这些表面特征能促进牙龈上皮细胞黏附、增殖、分化，相关基因的表达，并且微沟槽结构能诱导细胞沿沟槽方向生长。.将复合材料植入体内（犬牙槽骨），结果表明：复合材料能形成骨整合以及与牙龈软组织形成生物密封。在生理环境中，复合材料表面颗粒撞击-酸化后形成的微孔结构（骨内段），能诱导诱导新骨形成，形成骨整合。复合材料（穿龈段）表面的微沟槽结构，能诱导牙龈上皮细胞粘附、增殖、分化并使细胞沿沟槽生长，从形成软组织生物密封。通过本研究，阐明了生物活性材料表面特征对骨整合以及牙龈软组织生物密封的影响及机制；评价复合材料的生物相容性和安全性，为牙缺失修复提供新材料；该复合材料能够防止种植体周围炎，解决牙种植体易松动、脱落等问题，提高种植牙的长期成功率；该生物复合材料在牙种植体领域具备很好的应用前景。