种植体表面抗菌的研究进展

种植体表面抗菌的研究进展

目前，钛及钛合金由于其优越的机械、化学及生物相容性能，广泛应用于生物医学领域，尤其是在口腔科的人工种植牙方面。人工种植牙成功的关键是形成骨结合，即植入物与骨组织直接接触，不存在除骨以外的其他组织。在种植体植入的初期，如果受到外界因素干扰，骨结合的过程将会受到影响，甚至向纤维结合的方向发展，导致种植失败，其中微生物感染是导致种植牙失败的主要原因之一。

微生物感染，即通过细菌粘附，近而破坏术区周围组织，影响供血，导致植入物松动甚至脱落。细菌粘附一般分为两个阶段，第一阶段是细菌与材料表面初步结合，第二阶段是细菌表面蛋白质与材料表面结合，形成生物膜，完成黏附。因此，抗菌成为影响植入物骨结合的重要因素。本文通过表面处理和涂层技术对改进植入物的抗菌性能进行阐述。

1.表面处理

表面处理技术是通过物理、化学或两者相结合的方式对钛基底表面进行改性（如表面形貌、粗糙度、亲水性等），改变其表面微观结构，其中一些表面处理方法能形成有利于骨细胞黏附的抑菌表面。

1.1紫外线处理

紫外线是一种电磁波（波长315-380nm），可通过与材料接触从而改变其理化和生物性质。钛经紫外线处理后的引导骨再生能力加强。紫外线处理钛后，其表面形成氧空位，使Ti4+离子转化为Ti3+离子，吸附自由水，形成超亲水表面。同时产生活性氧，进行二次氧化，去除表面碳氢化合物，氧化分解表面杂质，也提高了抗菌性。另有研究发现紫外光处理的钛可抑制口腔微生物群落的附着，干扰生物膜形成。紫外线处理种植体表面24h后对人牙龈成纤维细胞粘附、增殖和胶原释放等方面的行为产生积极影响。但也有研究表明紫外线照射对种植体的骨结合并无明显影响。

1.2阳极氧化

钛或钛合金表面经阳极氧化法可形成纳米薄膜层，由分布均匀，排列整齐的TiO2纳米管组成，具有良好的抗腐蚀和生物相容性，有利于成骨细胞黏附，同时具有抗菌性。直径为60-80nm的TiO2纳米管具有更强的亲水性，亲水性越高，细胞越能在其表面粘附、增殖、分化。紫外线光照120min后，光催化TiO2表面的放线菌和具核梭杆菌的存活率低于商业纯钛对照表面，表现出抗菌性的潜力。

1.3微弧氧化

微弧氧化是在金属材料表面生成氧化膜的表面改性方法，生成的氧化膜与基底结合牢固，表面成多孔蜂窝状微米级孔隙。Lin等在微弧氧化的钛种植体内加入铋，与放线杆菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌在琼脂进行扩散实验，发现掺杂铋后比单纯微弧氧化的钛有更高的抗菌活性。通过紫外线催化后的微弧氧化纯钛表面产生了超亲水性，促进成骨细胞黏附和增殖。

2.抗菌涂层

细菌感染主要通过细菌黏附增殖，在植入物表面形成菌斑生物膜，影响供血，破坏周围组织，导致植入物松动、脱落。细菌黏附分为两个阶段，一是细菌快速与材料表面结合，过程快速可逆，二是细菌表面的蛋白质与材料表面分子结合，过程缓慢而不可逆。因此，抑制细菌黏附和清除细菌至为重要。然而，植入物表面形成成熟的菌斑生物膜后，即使应用抗生素和反复的外科冲洗也难以去除。所以，抗菌性成为植入物取得长期稳定性的关键。

通过抗菌表面防止植入物表面形成菌斑生物膜，是防止致病菌感染的有效途径。可通过抑制或杀死细菌来防止致病菌的早期黏附。抗菌肽、无机抗菌金属元素（银、铜、锌等）和抗生素（万古霉素、庆大霉素等）等是常见的抗菌材料，通过物理吸附、化学共价键结合或者生物涂层的方法接枝到种植体表面。然而物理吸附方式由于吸收问题，无法获得长期稳定性；化学共价键结合方式，需通过不同的化学反应，化学反应的中间产物存在生物毒性或不可控性，影响其生物活性，从而影响稳定性；生物涂层的降解吸收也影响了其在临床上的广泛应用。

2.1有机分子

抗菌肽（antimicrobial peptide，AMP）是一类具有抗菌活性的碱性多肽物质，具有广

谱抗菌活性，可快速查杀靶标。AMP通常是阳离子，可与细菌表面的聚阴离子相结合。AMP 疏水侧链与膜疏水部分相结合，而AMP的亲水部分在膜内分解，导致膜穿孔，细菌因内容物渗出而死亡。

抗菌肽MagaininI通过聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）的交联作用接枝到氧化

钛表面。其中PEG不仅是抗黏合剂，还可共价接枝抗菌肽。接枝后表面的菌落数为空白对照组的50%。因此，该表面能降低细菌黏附，并可对黏附细菌的生长有抑制作用。Yazici

等借助自动肽合成器制备出一种嵌合多肽（TiBP1-GGG-AMP,TiBP2-GGG-AMP），将其

修饰到到钛表面，可显著减少变链球菌，大肠杆菌和表皮葡萄球菌的黏附。基于这种多肽的嵌合方法，可设计出针对多种细菌的抗菌肽，扩大抗菌肽的应用。AMP也可负载在无机物

涂层表面发挥作用。

Narbat等构建磷酸钙-抗菌肽涂层，可在30min内杀灭金黄色葡萄球菌和铜绿色假单胞菌。另一种常见AMP叫GL13K，来自腮腺分泌蛋白，体外实验表明GL13K涂层能抑制种植体周围炎的致病菌牙龈卟啉单胞菌、格氏链球菌和铜绿色假单胞菌的生物膜生长。通过物理吸附，可将hLf1-11作为一种有效的AMP，对钛表面进行功能化修饰，显著减少链球菌的细菌粘附和生物膜形成。然而抗菌肽合成的成本较高，合成过程复杂，生物安全性有待验证，限制其临床推广。寻找新的制作方法，降低成本，成为进一步推广的关键。

壳聚糖可通过增加微生物细胞壁及细胞膜通透性、与微生物DNA结合等机制抑制微生物，使钛基涂层具有一定的抗菌性。壳聚糖也具有诱导成骨作用。Ghimire等通过盐酸多巴胺修饰钛基表面，再将壳聚糖与多巴胺共价接枝，制备的涂层可阻止细菌对成骨样细胞的入侵，显著增加细菌对抗生素的易感性，减少植入物相关感染和骨结合不良的发生。但壳聚糖的成骨性能尚存在争议。

Gilabert等在钛基底表面形成表面上蚀刻了平行的微凹槽，使壳聚糖在16μm深的凹槽底部以薄涂层的形式沉积，但未观察到MC3T3-E1前成骨细胞黏附在壳聚糖涂层上，证实其不具有成骨功能。壳聚糖可和透明质酸组成复合多糖涂层，两种聚合物均具有抗菌作用。经处理后的表面，亲水性增加，干扰细菌和种植体之间的表面连接，从而抑制细菌黏附。还可与精甘天冬氨酸肽（arginyl glycylaspartic acid，RGD）结合应用，即RGD。RGD整合到壳聚糖-透明质酸涂层，由于聚合物链变成，降低了理夫绪兹-凡德瓦尔力，减少金黄色葡萄球菌的黏附，同时由于RGD的成骨作用，为骨结合和抗菌双重目的提供了新思路。

壳聚糖借助其带正电荷的特点，吸附带负电荷的药物，成为药物载体。在钛基底表面，采用层层自组装技术，制备出壳聚糖-海藻酸盐-米诺环素的抗菌多层涂层。壳聚糖-海藻酸盐涂层因其表面电荷而具有亲水性，可产生生物静力，在米诺环素完全释放后仍具有抗菌能力。这种设计可抑制种植手术过程中细菌对种植体的即刻定植，从而预防和减少种植体周围炎的发生。但壳聚糖仍存在长期控释能力不足的缺点，有待进一步研究。

2.2无机物

无机抗菌素材料与传统的有机抗菌剂相比具有许多优点，化学稳定性，耐热性和作用时间长。银（Ag）、氟（F）、锌（Zn）、钙（Ca）、氯（Cl）、碘（I）、铜（Cu）、铈（Ce）或硒（Se）等可通过阳极氧化作用与钛或羟基磷灰石涂层结合，需释放到周围组织中方能发挥抑菌作用。其中，银离子因强力的抗菌效果、良好的热稳定性、持久的抗菌效果，并对细胞及组织无明显毒性，尚未发现增加细菌耐药性的风险，因此受到部分学者的关注。银的