1、武汉永乐康健医疗科技有限公司 牙种植体表面处理技术 【摘要】目的 探讨喷砂-酸蚀表面处理种植体的表面形貌、表面化学成分、骨植入组织反应，探讨其用于临床的可行性。方法 采用Yole Medical公司的表面处理工艺处理47枚3.310mm 种植体，分别采用扫描电子显微镜（SEM）、 X-射线光电子能谱仪（XPS）分析种植体的表面形貌、表面化学成分；以 Straumann 的 SLA（Sand-blasted, Large grit, Acid-etched）同种规格的植体为参照组，采用骨植入的方式对比Yole Medical和Straumann种植体植入2、4、8、12周骨再生情况,两种植体各观
2、察期分别植入12、9、12、9枚。采用Image-Pro Plus 6.0软件分析种植体周围骨-种植体结合率。结果 YOLE MEDICAL处理的种植体表面形成了多级的窝洞，直径为10-40m的一级微坑中叠加2-4m直径的二级微坑；种植体表面仅含有Ti、O、C、N、Si元素，未发现喷砂介质Al2O3；Yole Medical和Straumann的SLA处理种植体在不同植入时间具有相似的骨结合率，（ P 0.05）， 2 、 4 、 8 、 12周的骨结合率分别如下，永乐康健植体：44.91%、62.74%、71.82%、60.74%，Straumann植体：44.83%、64.24%、73.0
3、6%、60.91%，并且在8周时二者都具有最大的骨结合率。结论 永乐康健表面处理工艺能够在种植体表面形成良好的多级窝坑，适宜的表面粗糙度，表面清洁无杂质；Yole Medical 种植体和Straumann种植体有相似的骨结合能力。 关键词 种植体 喷砂-酸蚀 骨-种植体结合率 Characterization and in vivo study of Sand-blasted and Acid-etched Dental Implant 【Abstract】Objectives To investigate the surface morphology, chemical compositi
4、ons, and bone regeneration of YOLE MEDICAL dental implant, developed by Yole Medical. Methods 47 dental implants (3.310mm) were treated with YOLE MEDICAL technical. The surface morphology was observed with Scanning Electron Microscopy (SEM), chemical compositions were analyzed with X-ray Photoelectr
5、on Spectrometer (XPS), respectively. Bone regeneration at 2w, 4w, 8w and 12w of Yole Medical and Straumanns SLA dental implant was studied through bone implantation in dog. 12pcs, 9pcs, 12 pcs, 9pcs, Yole Medical implants and Straumann implants were observed in different observation week. Image-Pro
6、Plus 6.0 software was used to calculate bone-implant contact(BIC). Results The SEM pictures show that hierarchical structure of cavities on the surface was produced by Yole Medical. The cavities with diameters 1050m completely are superposed by micro pores of about 2 to 4m diameter. Only Ti、O、C、N、Si
7、 were detected, and Al2O3 particle is free on the surface. Yole Medical implants have similar BIC%(P武汉永乐康健医疗科技有限公司 0.05) as Straumann implants. Yole Medical implants, 44.91%(2W), 62.74%(4W),71.82%(8W),60.74%(12W), Straumann implants, 44.83%(2W), 64.24%(4W), 73.06%(8W), 60.91%(12W), And BIC% was high
8、est at 8weeks for Yole Medical implant (71.826.55%) and Straumann implant (73.069.09%). Conclusions Good hierarchical structure of cavities, contamination free surface was produced with YOLE MEDICAL. The BIC% was similar as Straumann implants. Key words Dental Implant Sand-blasting and Acid etching
9、Bone-Implant Contact 引言 钛及钛合金具有良好的生物相容性、耐腐蚀性，并能与周围骨组织间形成骨融合等优点，而被广泛的用于人体植入材料。自1965年，瑞典Branemark 教授将第一枚钛金属牙种植体植入人体后，钛及钛合金被广泛的用于人工牙种植体。种植体植入颌骨内，与骨组织形成骨融合是种植成功的重要标准之一。而种植体的表面结构在骨融合过程中发挥重要作用。为改善种植体与骨组织的结合能力，缩短愈合时间，提高种植的成功率，近年来采用很多方法对种植体表面进行生物学改性，包括：钛浆等离子喷涂（TPS，Titanium Plasma Sprayed）、羟基磷灰石等离子喷涂、喷砂处理、喷砂
10、-酸蚀、双酸酸蚀、阳极氧化等技术1,2。钛表面粗糙化处理是现阶段采用最多，公认的主流的表面处理方向，粗糙化处理能够增加种植体的比表面积、利于骨组织在表面的嵌合，提高种植体初期稳定性，提高种植成功率，而喷砂-酸蚀处理形成的粗糙表面更有利于成骨细胞趋化，加快骨结合3。 本研究采用永乐康健公司的喷砂-酸蚀工艺（YOLE MEDICAL，Micro Pits Surface）处理纯钛植体，将处理后的种植体与 Stramann 的 SLA（Sand-blasted, Large grit, Acid-etched）处理同种规格植体作为对照组进行表面形貌、化学成分以及骨组织反应进行了对比分析。 材料和方法
11、 1试验材料 3.310mm 种植体（TA4，武汉永乐康健医疗科技有限公司）， 60%浓硫酸，37%浓盐酸，扫描电子显微镜（JSM-6360LA，JEOL 日本）， X-射线光电子能谱仪（PHI 5000 VersaProbe，UlVAC-PHI，日本）。 2 种植体的表面处理 取3.310mm种植体47颗，采用YOLE MEDICAL工艺进行表面处理，即首先采用90-120目白刚玉，0.7bar的压力喷砂处理，清洗干净后，硫酸、盐酸按照1:1的混合酸酸蚀处理，随后采用NaHCO3中和，清洗干净，干燥。表面处理后，采用扫描电子显微镜（SEM，Scanning Electron Microsco
12、pe）观察表面形貌,3枚；X-射线光电子能谱仪（ XPS，X-ray Photoelectron 武汉永乐康健医疗科技有限公司 Spectroscopy）分析表面化学成分，2枚。 3 动物植入试验 选用健康成年雄性Labrador犬，14条，犬龄2630个月，体重2530kg。实验动物预先拔除下颌双侧第1，2，3前磨牙和第1磨牙，清理术区，缝合创口，术后抗生素（头孢拉定，10mg/kg，qd）给药三天，常规半流质饮食喂养。三个月后，在下颌一侧植入Yole Medical公司种植体3枚，作为实验组，另一侧植入瑞士Straumann公司种植体3枚，作为对照组。实验动物分别在2，4，8，12周后以麻
13、醉过量方式处死进行组织学分析。根据预实验得出每组得出统计学意义需要的最小实验动物数量来确定的实验动物的数值，各观察周的动物数分别为4只、3只、4只、3只。 将标本置于光学显微镜下观察组织学形态，并用Image-Pro Plus 6.0软件分析种植体周围骨-种植体结合率。测量切片中骨与种植体表面直接接触面积占种植体粗糙表面积的比值。 4 数据分析 采用SPSS 19.0统计软件分析数据。以Yole Medical植体为实验组，straumann植体为对照组，进行组间t检验分析两种植体的骨-种植体结合率差异，统计学差异标准为P0.05，双侧。本实验部分由上海交通大学附属第九人民医院完成。 结果 1
14、表面形貌 Yole Medical处理种植体和Straumann SLA处理植体的表面形貌如图1-图6所示。 图1Yole Medical处理种植体 图2 Straumann SLA 种植体 武汉永乐康健医疗科技有限公司 图3 YOLE MEDICAL处理种植体一级窝洞 图4 Straumann SLA种植体一级窝洞 图5 YOLE MEDICAL处理种植体二级、三级窝洞 图6 Straumann种植体二级、三级窝洞 由可见经喷砂酸蚀处理后，种植体表面几乎无喷砂介质 Al2O3颗粒残留，同时在种植体表面形成了多级窝洞结构，大的一级窝洞的直径约为1040m，在一级窝洞中叠加直径约为2-4m的二级
15、窝洞。此外，在二级窝洞中还包含有更小的直径在1m以下的三级窝洞。 2表面化学成分分析 YOLE MEDICAL处理植体和Straumann植体各取2枚进行表面化学成分检测，XPS检测图谱显示YOLE MEDICAL 表面和Straumann植体表面含有C、Ti、O、N、Si元素，均未检测到喷砂介质Al2O3，而Straumann种植体中含有Si元素较少。各元素的含量见表1. 表1.YOLE MEDICAL处理植体和Straumann植体表面各元素的原子百分含量 元素 原子百分含量（a%） YOLE MEDICAL Straumann 1# 2# 均值 1# 2# 均值 C 39.51 38.1
16、2 38.82 30.86 33.09 31.98 O 42.30 44.78 43.53 49.67 46.45 48.06 Ti 13.15 13.22 13.19 16.71 17.13 16.92 N 3.23 1.80 2.52 2.76 2.47 2.62 武汉永乐康健医疗科技有限公司 Si 1.81 2.08 1.95 0 0.88 0.44 3动物植入试验 所有实验动物愈合过程良好，种植体稳定。在整个组织学标本制作过程中无标本损坏。因此所有的标本可以进行数据分析，实验组和对照组样本量分别为 42。植体植入不同时间的切片光镜照片如图4。光镜下组织形态分析为：2周：两种种植体对骨组
17、织的反应没有大的差别。与种植体直接接触的骨组织较少，新生骨组织不明显，可见少数成骨细胞扁平状，没有观察到典型的成骨细胞群落，少量区域有新生类骨质、小血管，可见间充质细胞分裂象。嗜碱性反折线(reversal line)间间距较短，靠近种植体区域可见破骨细胞。4 周：植体周围可见直接骨接触，镜下可见大量新骨，成骨细胞活跃，小血管生成，明显可见新生骨侧成骨细胞层下类骨质层，骨矿化间断清晰。两种种植体无明显差异。8周：新生骨组织几乎填满种植体表面，嗜碱性反折线明显，成骨细胞较少，且呈扁平状，新生血管少，骨陷窝在新生矿化骨中形成。少见类骨质。未见破骨细胞。新生骨骨小梁排列有序，与旧骨几乎连成一片。两种
18、种植体间无明显差异。12 周：此时镜下可见骨小梁有序排列，基本与植体表面相垂直，矿化骨各阶段清楚，可见扁平状的成骨细胞层，可见大量类骨质，破骨细胞未见。 图7 YOLE MEDICAL植体植入不同时期切片光镜切片 图8 Straumann植体植入不同时间切片光镜切片 （a1a4 对应2周、4周、8周、12周） （a1a4对应2周、4周、8周、12周） Yole Medical和Straumann两种植体不同植入时期骨-种植体结合率(BIC%)如表1所示。 表1 Yole Medical和Straumann两种植体不同植入时期骨-种植体结合率(BIC%) 时间点 Yole Medical种植体
19、Straumann种植体 样本量 均值 标准差 样本量 均值 标准差 P值 2周 12 44.91 3.71 12 44.83 7.68 0.98 4周 9 62.74 4.47 9 64.24 6.22 0.67 8周 12 71.82 6.55 12 73.06 9.09 0.50 12周 9 60.74 5.63 9 60.91 7.05 0.96 由表1可以看出，Yole Medical和Straumann种植体在种植体植入早期骨-种植体结合率无武汉永乐康健医疗科技有限公司 显著性差异（P0.05）。 讨论 牙种植体表面粗糙化处理是当今种植界最常见的处理方法，而喷砂-酸蚀技术是目前国际
20、上主流的方法之一。而长期以来喷砂-酸蚀技术因工艺参数难以确定，处理后表面杂质残留较高，表面不能形成规整的多级微坑结构等原因，使得其在国内未能形成良好的产业化。本文中开发的喷砂-酸蚀表面处理工艺能够有效的避免杂质的残留，并形成较为规整的多级窝洞。 本试验的研究结果显示YOLE MEDICAL处理种植体表面具有良好的多级窝洞结构，大颗粒喷砂产生了10-40m的一级窝洞，这些窝洞由喷砂过程中Al2O3砂粒撞击植体表面形成。而TA4中含有较多的参杂的铁元素，在酸蚀过程中，铁元素与酸发生反应，被溶解，故在表面形成了很多2-4m的二级以及1m以下的三级窝洞4。这种结构增大了种植体的表面积和表面能，有利于成
21、骨细胞的黏附5，加快新生骨在种植体周围形成，缩短愈合时间。种植体表面杂质含量较少，基本没有喷砂介质 Al2O3残留，避免了异质元素污染改变种植体表面的元素组成，可能对种植体生物性能的影响6。据报道，种植体表面的异种元素可能从植体表面释放，增加了种植体周围炎症反应，从而干扰种植体与骨组织的骨性结合7。种植体表面具有较高的C元素含量来自于植体从密闭包装瓶中取出，在空气中放置较长时间，表面吸收空气中的CO2和其他一些有机物分子5，如甲醛、乙醛等。YOLE MEDICAL表面检测到的Si元素，因参与表面处理的整个过程中未使用含有Si元素的物质。而在大气中含有较多的尘埃，而经YOLE MEDICAL处理
22、的植体表面具有较大的比表面积和较强的吸附力。故Si元素的存在可能来自于在清洗、干燥和包装过程中大气中的尘埃颗粒。种植体表面主要为TiO2，TiO，Ti2O3的氧化层，能够防止Ti离子的溶出8。 目前，种植体改进主要在促进骨组织早期愈合方面。考虑到牙槽骨愈合的时间规律，本实验选择2周，4周，8周，12周为不同的时间点。主要进行组织学和组织形态计量学方面的测量评价。很多文献中得出Straumann种植体的SLA表面处理能够取得良好的骨-种植体结合率6，所以将其作为对照组与YOLE MEDICAL处理植体进行比较研究。 对骨-种植体结合率的数据分析发现两种植体之间并没有显著性差异。Yole Medi
23、cal植体表面C元素含量（38.82%）较Straumann植体（31.98%）高，但并未对骨结合律产生影响，可见少量的增加C含量不会影响到骨结合率。在种植体植入第4周和第8周，两种种植体总的骨-种植体结合率均值要大于植入第 2 周，种植体表面的骨形成也持续增加。而在第 12周时测量的数值均值又有所下降。本实验设定骨-种植体结合率的测量为冠部的粗糙表面开始到种植体底端。而在第 12 周时由于可能的牙槽嵴顶骨吸收而使种植体粗糙表面暴露9，骨-种植体结合率测量的基数加大，而骨结合面积基本稳定，从而测量的数据有所下降。本武汉永乐康健医疗科技有限公司 实验测的骨-种植体结合率与其他相似的研究取得一致性
24、的结果10, 11。 最近一项基于志愿者的实验研究证实，骨结合速率在人牙槽骨低于实验犬12。Yole Medical种植体在动物实验上取得了良好的结果。故临床前还需要做更多相关研究。 参考文献 1贾彦,邓嘉胤. 钛种植体表面改性的研究现状及应用进.中国组织工程研究与临床康复，2009,13(12):2321-2324. 2于开涛，舒瑶，邹敬才. 牙种植体表面处理技术的新进展.湖南中医药大学学报，2012,32（4）: 74-75. 31王兴.现代口腔种植学的发展趋势.中华口腔医学杂志,2003,38(4):241-243. 4 F.Rupp, L.Scheideler, N.Olshanska
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