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钛及钛合金是临床种植修复中最常用的种植材料，但其仍存在骨诱导性能不足，抗菌能力差等缺点。因此，进行钛材表面改性增强其生物学性能是当今研究的主要方向。目前，越来越多的无机材料（如氧化锌、钛酸锶）及功能肽等已被用于钛材表面改性。有大量的研究证实镓离子具有抗菌、抑制破骨细胞功能及骨免疫调节等功能，然而在口腔生物领域的应用研究尚未见报道。本实验通过电化学阳极氧化技术于钛材表面制备二氧化钛纳米管（TNT）阵列，再通过磁控溅射法在二氧化钛纳米管阵列上制备氧化镓（Ga2O3）涂层。研究中，我们分别在不同功率（50和100W）条件下制备了Ga2O3@TNT/50W和Ga2O3@TNT/100W样本，并通过SEM、TEM、XPS、EDS、XRD等对它们的表面理化性能进行了表征。细胞实验结果表明：相比于TNT和Ga2O3@TNT/100W组，Ga2O3@TNT/50W组样本具有更优越的促MC3T3-E1细胞增殖及成骨分化的能力。抗菌实验结果显示：Ga2O3@TNT/50W和Ga2O3@TNT/100W组均有良好的抗菌性能。另外，动物（细菌感染性骨质疏松大鼠模型）实验进一步表明：与对照组材料（TNT）相比，Ga2O3@TNT/50W植入体可有效地抑制植入体周围细菌感染的发生，并显著地促进骨结合。
目的:
研究一种具有促成骨、抗骨质疏松、抗菌等作用的多功能种植体以提高种植体的骨结合能力，预防种植体周围炎的发生。
方法：
1.采用电化学阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列，进一步采用磁控溅射法制备氧化镓涂覆的二氧化钛纳米管阵列（Ga2O3@TNT）。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线能谱仪（EDS）、透射电子显微镜（TEM）等对材料表面的理化性能进行表征。
2.MTT实验进行细胞活性检测，通过荧光显微镜（FM）和扫描电子显微镜（SEM）对材料表面的细胞形貌和铺展情况进行观察。
3.BICP/NTP染色试剂盒以及碱性磷酸酶（ALP）定量试剂盒定性和定量检测了材料对早期成骨分化活性的影响；茜素红染色检测矿化结节的大小以显示材料的骨诱导性能。实时定量聚合酶链式反应（RT-PCR）进一步检测材料对成骨相关基因的表达情况。
4.采用细菌涂板计数法、细菌电镜观察以及细菌死活染色检测制备的材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。
5.建立细菌感染性骨质疏松大鼠模型，将相应植入体植入大鼠股骨，通过Micro-CT、组织切片分析等进行骨结合能力的检测。
结果：
1.磁控溅射的Ga2O3薄膜均匀沉积在纳米管阵列表面，管口由于覆盖沉积的Ga2O3纳米层导致管径变小，其中功率100W比功率50W的厚度增加明显。TEM显示在纳米管里面有散在分布的Ga2O3纳米颗粒。EDS mapping和XPS均显示在实验组纳米管阵列上有均匀分布的Ga元素的存在。XRD证实磁控溅射的沉积没有引起晶相结构的改变。
2.细胞活性实验（MTT）显示：Ga2O3@TNT/100W组对成骨细胞有细胞毒性，而Ga2O3@TNT/50W组有促进成骨细胞增殖的作用。细胞荧光形貌及扫描电镜形貌显示观察显示：与对照组相比，Ga2O3@TNT/100W组细胞铺展较狭小皱缩，铺展面积最小。而Ga2O3@TNT/50W组的细胞铺展面积增加，有更明显的丝状伪足和细胞间桥。
3.ALP活性染色和定量实验显示：Ga2O3@TNT/50W对前成骨细胞MC3T3-E1在7天有促进作用，14天时活性降低。Ga2O3@TNT/100W组在7天无明显差异，14天时活性最低。矿化实验表明：在14天的矿化时间点Ga2O3@TNT/50W组成骨矿化水平最高。RT-PCR实验显示：Ga2O3@TNT/50W对成骨相关基因OPN、RUNX2、COL-I均有促进表达的作用，对COL-I的作用最强。
4.抗菌实验：细菌涂板计数法和细菌死活染色法显示Ga2O3@TNT/50W和Ga2O3@TNT/100W对金葡菌和大肠杆菌均有良好的抗菌性能。
5.动物实验：Micro-CT和组织切片分析（histological analysis）均显示Ga2O3@TNT/50W在3天时具有良好的体内抗菌抗炎作用，在4周时较对照组有更多的新骨生成，更强的骨密度以及骨结合力。
结论：
1.氧化镓的沉积可改变纳米管的管径，因此可以设计进行进一步的载药，构建更优化的药物缓释体系。随着功率的增加其沉积量增加，Ga2O3@TNT/100W组比Ga2O3@TNT/50W的形貌改变更为明显。
2.Ga2O3@TNT/50W对MC3T3-E1有促进增殖和改变细胞的铺展状况作用，而Ga2O3@TNT/100W显示细胞毒性。
3.Ga2O3@TNT/50W对MC3T3-E1有促进成骨分化的作用。
4.Ga2O3@TNT/50W及Ga2O3@TNT/100W对金黄色葡萄球菌以及大肠杆菌均有良好的抗菌能力。
5.Ga2O3@TNT/50W在细菌感染性骨质疏松大鼠模型中具有显著的抗菌作用，并可促进植入体周围新骨形成。
目的:
研究一种具有促成骨、抗骨质疏松、抗菌等作用的多功能种植体以提高种植体的骨结合能力，预防种植体周围炎的发生。
方法：
1.采用电化学阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列，进一步采用磁控溅射法制备氧化镓涂覆的二氧化钛纳米管阵列（Ga2O3@TNT）。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线能谱仪（EDS）、透射电子显微镜（TEM）等对材料表面的理化性能进行表征。
2.MTT实验进行细胞活性检测，通过荧光显微镜（FM）和扫描电子显微镜（SEM）对材料表面的细胞形貌和铺展情况进行观察。
3.BICP/NTP染色试剂盒以及碱性磷酸酶（ALP）定量试剂盒定性和定量检测了材料对早期成骨分化活性的影响；茜素红染色检测矿化结节的大小以显示材料的骨诱导性能。实时定量聚合酶链式反应（RT-PCR）进一步检测材料对成骨相关基因的表达情况。
4.采用细菌涂板计数法、细菌电镜观察以及细菌死活染色检测制备的材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。
5.建立细菌感染性骨质疏松大鼠模型，将相应植入体植入大鼠股骨，通过Micro-CT、组织切片分析等进行骨结合能力的检测。
结果：
1.磁控溅射的Ga2O3薄膜均匀沉积在纳米管阵列表面，管口由于覆盖沉积的Ga2O3纳米层导致管径变小，其中功率100W比功率50W的厚度增加明显。TEM显示在纳米管里面有散在分布的Ga2O3纳米颗粒。EDS mapping和XPS均显示在实验组纳米管阵列上有均匀分布的Ga元素的存在。XRD证实磁控溅射的沉积没有引起晶相结构的改变。
2.细胞活性实验（MTT）显示：Ga2O3@TNT/100W组对成骨细胞有细胞毒性，而Ga2O3@TNT/50W组有促进成骨细胞增殖的作用。细胞荧光形貌及扫描电镜形貌显示观察显示：与对照组相比，Ga2O3@TNT/100W组细胞铺展较狭小皱缩，铺展面积最小。而Ga2O3@TNT/50W组的细胞铺展面积增加，有更明显的丝状伪足和细胞间桥。
3.ALP活性染色和定量实验显示：Ga2O3@TNT/50W对前成骨细胞MC3T3-E1在7天有促进作用，14天时活性降低。Ga2O3@TNT/100W组在7天无明显差异，14天时活性最低。矿化实验表明：在14天的矿化时间点Ga2O3@TNT/50W组成骨矿化水平最高。RT-PCR实验显示：Ga2O3@TNT/50W对成骨相关基因OPN、RUNX2、COL-I均有促进表达的作用，对COL-I的作用最强。
4.抗菌实验：细菌涂板计数法和细菌死活染色法显示Ga2O3@TNT/50W和Ga2O3@TNT/100W对金葡菌和大肠杆菌均有良好的抗菌性能。
5.动物实验：Micro-CT和组织切片分析（histological analysis）均显示Ga2O3@TNT/50W在3天时具有良好的体内抗菌抗炎作用，在4周时较对照组有更多的新骨生成，更强的骨密度以及骨结合力。
结论：
1.氧化镓的沉积可改变纳米管的管径，因此可以设计进行进一步的载药，构建更优化的药物缓释体系。随着功率的增加其沉积量增加，Ga2O3@TNT/100W组比Ga2O3@TNT/50W的形貌改变更为明显。
2.Ga2O3@TNT/50W对MC3T3-E1有促进增殖和改变细胞的铺展状况作用，而Ga2O3@TNT/100W显示细胞毒性。
3.Ga2O3@TNT/50W对MC3T3-E1有促进成骨分化的作用。
4.Ga2O3@TNT/50W及Ga2O3@TNT/100W对金黄色葡萄球菌以及大肠杆菌均有良好的抗菌能力。
5.Ga2O3@TNT/50W在细菌感染性骨质疏松大鼠模型中具有显著的抗菌作用，并可促进植入体周围新骨形成。