基于磁控溅射技术的微/纳米化仿生涂层用于促进骨质疏松下种植体骨结合的实验研究

In dentistry today, it is a hot topic to enhance the osseointegration between the dental implants and jaw bones in patients with osteoporosis (OP). Currently, most studies focus on biomimetic surface treatment of the implants. However, there still exist some defects about these treated surfaces such as deficiency in anti-osteoporosis effects and poor bonding strength. This study aims to construct a biomimetic micro/nanorough-surface on dental implants by acid etching and magnetron sputtering for OP patients. The surface properties of anti-osteoporosis and high bonding strength will be achieved by using strontium salt as sputtering target and optimizing the sputtering parameters such as sputtering power, sputtering time, and substrate-target spacing. To evaluate its performance, the following tests will be carried out including surface morphology, bonding strength, chemical composition, and biological activity. Subsequently, the effect of this surface on osteoblast and osteoclast functions under normal condition and the reversal effect of this surface on the local osteogensis-osteoclastogensis imbalance under OP condition will be assessed by cell biology and molecular biology methods. Finally, the implant surface with biomimetic micro/nanorough, anti-osteoporosis, and high bonding strength will be evaluated after implantation in osteoporotic animals by imageology, bone histomorphometry, and biomechanics detection before clinical application.

提高骨质疏松（OP）时口腔种植体的骨结合效果是口腔医学领域关注的难题，种植体表面涂层的仿生化处理是目前研究的热点，但现有仿生化涂层仍存在抗OP 效果差、结合强度不佳等缺陷。本项目针对OP 情况，拟在酸蚀成微米级种植体表面的基础上，借助可制备高结合强度和纳米化涂层的磁控溅射技术，以具有抗OP 的锶盐为靶材，通过对溅射功率、溅射时间、基底-靶材间距等参数的优化，和对表面涂层微观形貌、结合强度、化学组成和生物活性等性能的分析，以期在种植体表面构建结合强度高，并具有抗OP 的微/纳米化仿生涂层。同时借助细胞和分子生物学方法，评估该涂层在正常条件下对成骨细胞和破骨细胞功能的影响，评估其在OP 条件下对局部成骨-破骨失衡的逆转作用。最后借助我们前期建立的OP 动物模型，在种植体植入后进行影像学、骨组织计量学和生物力学等检测，为"抗OP、高强度"的微/纳米化仿生涂层用于临床口腔种植提供实验依据。

提高骨质疏松（OP）时口腔种植体的骨结合效果是口腔医学领域关注的难题。本课题针对OP情况，借助可制备高结合强度和纳米化涂层的磁控溅射技术，首先在经过HF酸蚀的钛种植体表面形成微米级涂层，并以具有抗 OP 的锶盐为靶材，通过对溅射参数的优化及材料学性能分析，在钛种植体表面构建了载锶的微/纳米化仿生涂层，该涂层结合强度高，并具有抗 OP的作用。随后借助细胞和分子生物学方法，评估该涂层对成骨细胞和BMMSCs成熟、增殖、分化和成骨功能的影响。结果表明该载锶的微/纳米涂层综合了微米和纳米级涂层生物学效应的双重优势：微米级涂层亲水性最优，有利于细胞的早期粘附；纳米级涂层有利于促进成骨细胞的成骨分化活性，有助于加强细胞间连接。而锶元素具有促进成骨和拟制破骨的作用。载锶的微/纳米涂层综合了微米、纳米及锶的生物学作用，更有助于提高成骨细胞体外生物学活性。最后借助我们前期建立的大鼠 OP 动物模型，在种植体植入后进行影像学、骨组织计量学和生物力学等检测，结果表明载锶的微/纳米涂层种植体周围新生骨量、BIC、MAR、最大拔出力均优于其它三组。证明载锶的微/纳米涂层可以显著提高OP下种植体的骨结合效果。此外，我们将该涂层处理后的种植体，用于犬拔牙后即刻种植和正常大鼠股骨早期骨结合实验，结果表明植入载锶的微/纳米涂层种植体周围的新生骨量、BIC、MAR、最大拔出力均优于其它三组，证明载锶的微/纳米涂层可以显著加快即刻种植和早期骨结合的效果。该课题的完成为高结合强度的微/纳。米化仿生载锶涂层用于口腔种植临床提供了可靠的实验依据。本项目研究内容进展顺利，已发表相关SCI论文7篇（均标注资助）；授权国家发明专利2项；参加国际/国内学术会议3次，其中大会发言2次；培养博士研究生2名，硕士研究生1名，获陕西省科学技术一等奖1项。