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目的:
应用等离子体电解氧化(plasma electrolytic oxidation,PEO)技术,在纯钛材料表面制备含锌(Zn)活性涂层,探索涂层的抗菌性能及是否促进种植体周围骨整合,以期为开发具有良好的骨结合性和潜在抗菌性能的种植材料奠定理论基础。
方法:
1、抗菌性能研究
(1)材料的制备及分组应用PEO技术,在纯钛表面制备含Zn的活性涂层,根据Zn含量的高低分为低锌组(L-Zn组),中锌组(M-Zn组)及高锌组(H-Zn组),以不加锌作为对照组。
(2)采用贴膜法与荧光法评价样品对变形链球菌的抗菌性能;场发射扫描电镜观察变形链球菌在样品表面黏附数量和菌体形态的变化。
2、骨整合性能研究
(1)材料的制备及分组
实验组为纯钛表面应用PEO方法处理的低含量锌涂层组(PEO-Zn组),对照组为不含Zn的Ca、P元素的活性涂层组(PEO-Ca/P组)及纯钛表面喷砂处理(喷砂组)。
(2)30只日本大耳白兔,于双侧下颌骨植入三组种植体,每侧下颌骨植入同组种植体两颗。术后对实验动物肌肉注射钙黄绿素和二甲酚橙进行荧光序列标记。
(3)分别于术后4周、6周、8周、10周与12周取材,采用推出实验检测种植体-骨结合强度;场发射扫描电镜观察推出后种植体表面形貌及种植体-骨组织界面情况;能谱分析仪对种植体-骨界面元素扫描分析;制作脱钙切片,光学显微镜观察种植体周围骨组织情况。
(4)另一部分取材制备硬组织切片,甲苯胺蓝及亚甲基蓝-碱性品红染色,分别用荧光显微镜与光学显微镜采集图像,用NIS-Elements D半自动处理软件进行图像分析,计算骨接触率与骨矿化沉积率。
结果:
1、贴膜法实验表明,与对照组比较,实验组抗菌效果显著(P<0.01),且H-Zn组抗菌性显著高于L-Zn组(P<0.05);荧光法实验表明,与对照组比较,各实验组钛片表面S.mutans黏附的数量均显著地减少(P<0.05);场发射扫描电镜观察,含锌组可影响细菌的黏附数量和菌体形态,且与锌的含量有关。
2、推出实验结果显示,各组种植体的骨结合力随时间而增大,在4、8、10及12周,三组之间差异具有统计学学意义,且PEO-Zn组高于其他两组。
3、能谱(EDX)分析显示骨种植界面上有生物类骨磷灰石层形成;组织学观察及场发射扫描电镜(FSEM)观察结果显示,种植体周围形成不同密度的骨小梁及哈佛氏系统,且随着时间延长,种植体-骨界面新生骨组织增加,实验组在各检测时间点的新生骨量均优于对照组。
4、骨组织形态计量学分析:喷砂组的骨矿化沉积率自4-12周浮动不大,而PEO-Zn组在实验早期(4周和6周)骨矿化沉积率高于喷砂组,且差异具有统计学意义;骨接触率在总体上,随着观察时间延长是增高的趋势,PEO-Zn组在6周、10周及12周优于PEO-Ca/P组与喷砂组,且具有统计学意义,而在4周与8周与其他两组无显著差异。
结论:
1、PEO法制备的含Zn活性涂层具有良好的抑菌性能且其抑菌性随锌含量的升高而增强。
2、含Zn活性涂层钛种植体,加速了骨组织的形成和改建,缩短了种植愈合时间,提高了种植体与骨组织之间的结合力。