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纯Ti金属因其优异的生物相容性被用于牙种植修复,经过长期严谨的实验室和临床验证,取得了良好的治疗效果,逐渐被广大医生和患者接受。以纯Ti为代表的骨内种植体可与骨组织形成结构和功能上的直接联系,也就是达成"骨整合"。种植体的表面是与宿主直接接触的部分,表面特征能够直接调控后续的生物学效应,因此,对种植体表面进行修饰是提高其生物学性能的重要手段。目前,表面修饰的目标已从被动适应周围组织愈合发展到主动引导骨组织重建,而表面修饰的效果也从微米尺度进展到纳米尺度。通过种植体表面纳米涂层技术可在种植体表面形成与骨组织高度类似的三维纳米粗糙表面,力学性能良好,可直接调节围种植体组织细胞的功能,促进种植体早期骨整合。为形成重复性好,质量稳定且生物学性能更好的表面,目前的处理技术仍有进一步提升的空间,如采用纳米涂层材料,通过梯度复合提高涂层与基底之间的结合强度。本研究的目的是制备一种高效、廉价并具有工业化生产潜质的新型纳米羟基磷灰石涂层,对其表面特征进行表征,并从细胞和组织水平检验其生物学效果。本研究通过TiO2纳米管表面原位形成纳米羟基磷灰石(nHA),并通过体外细胞实验和在体动物实验,研究nHA/TiO2/Ti对成骨细胞行为及早期种植体骨整合的影响。主要研究工作及结果如下:1.采用阳极氧化法在纯Ti表面形成Ti02纳米管阵列,并通过钙预处理,成功在TiO2纳米管表面原位生成纳米羟基磷灰石(nHA/TiO2/Ti),通过扫描电镜(SEM)观察其表面呈均匀一致的三维卷曲瓣片状结构,经X射线衍射(XRD)与能量色散X射线光谱仪(EDS)分析鉴定为HA晶体且呈取向性排列。其表面粗糙度高于TiO2/Ti和纯Ti,其接触角显著低于TiO2/Ti和纯Ti,显示其良好的亲水性。纳米压痕与划痕实验表明,nHA/TiO2/Ti表面力学性能优良,HA与TiO2/Ti之间结合稳固,并存在应力缓冲层,是种植体表面修饰的可行方案。2.在nHA/TiO2/Ti表面进行MC3T3-E1细胞培养,免疫荧光显微镜观察显示nHA/TiO2/Ti促进MC3T3-E1细胞早期粘附,6 h铺展面积大于对照组,但12 h时铺展面积小于纯Ti表面,细胞伪足多,胞浆内囊泡丰富,细胞24h呈现聚集生长,48 h形成特殊的环状连接的单元形态。提示nHA/TiO2/Ti表面促进细胞早期分泌功能,并能在自己形成的三维细胞外基质上生长。SEM观察显示细胞伪足多而粗大,伴有分支和交叉,与三维的表面结合紧密。nHA/TiO2/Ti和TiO2/Ti表面均抑制MC3T3-E1细胞增殖;细胞碱性磷酸酶(ALP)活性水平早期上调,3 d达到峰值,1 d、3 d明显高于TiO2/Ti和纯Ti组,提示nHA/TiO2/Ti能更好的促进细胞早期分化。胶原和茜素红染色检测显示nHA/TiO2/Ti表面胶原和钙化结节量明显增加,提示nHA/TiO2/Ti可促进细胞分泌功能。nHA/TiO2/Ti表面培养MC3T3-E1细胞COLI、ALP、OCN、RUNX2的mRNA相对表达早期明显高于TiO2/Ti和纯Ti组,COL I、ALP、RUNX2在3 d达到峰值,14 d时低于或接近纯Ti组,OCN表达在1 d、3 d表达低,但从3 d开始明显高于对照组,7 d达到峰值并维持较高水平,说明nHA/TiO2/Ti促进MC3T3-E1细胞分化和矿化基因早期表达。3.在体动物实验结果显示,nHA/TiO2/Ti组活体荧光标记两周的标本可以明显观察到矿化线在种植体表面的早期快速铺展,速度可达30-40μm/d,提示了 nHA/TiO2/Ti组具有优异的骨传导性,计算骨矿化沉积率(MAR)在早期0-2 w明显高于对照组;nHA/TiO2/Ti组2 w和4 w组骨接触率(BIC%)(甲苯胺蓝染色)明显高于纯Ti组;MicroCT结果显示,在2w、4w、8w,nHA/TiO2/Ti组骨整合率(OI%)和骨体积分数(BV/TV%)均显著高于纯Ti组,相应时间的推出强度也显著增加。采用骨结合率计算矫正推出强度,计算骨与种植体实际接触的界面剪切强度2 w时明显高于纯Ti组,4 w和8 w差异不明显;提示nHA/TiO2/Ti组早期的界面强度高于纯Ti组。形态学与功能检测结果相符,说明nHA/TiO2/Ti表面具有优良的骨传导性,无论从骨的数量还是质量上均显著促进了早期骨整合。上述研究表明,nHA/TiO2/Ti具有良好的表面形貌、化学成分、物理性能及力学性能。可能通过促进成骨细胞早期粘附和铺展、诱导细胞向分泌型成骨细胞分化,以促进基质分泌和矿化的方式促进成骨;此外,nHA/TiO2/Ti表现出优异的骨传导性,并从数量和质量上促进种植体的早期骨整合。nHA/TiO2/Ti制备工艺简单,可重复性良好,质量可控,易于工业化生产,是一种具有良好应用前景的种植体表面处理方法。