钛种植体表面处理方法

钛种植体表面处理方法1.表面加成法运用等离子喷涂技术，将材料增加到种植体表面的方法，称为表面加成法。

等离子喷涂是利用等离子枪产生直流电弧将材料加热熔融后高速喷射到金属表面而形成涂层。

下面主要介绍钛浆涂层（titanium plasma sprayed，TPs）和羟基磷灰石涂层（hydroxyapatite sprayed，HAp）两种表面处理方法。

（1）钛浆涂层表面处理：TPS处理方法也称为钛浆喷涂或钛浆等离子喷涂涂层。

它是以15000℃左右的高温气体、600m/s的速度，将部分熔融状态下直径0.05～0.1mm 的钛浆噴射到种植体表面，在融合固化后形成0.04-0.05mm厚度的钛浆喷涂层。

即在高温下，将熔融状态的钛金属液滴快速喷射于种植体表面并附着其上，形成疏松粗糙的表面。

在电镜下，该涂层呈圆形或不规则的微孔，并互相贯通。

1）优点： TPS处理后，相比光滑表面，种植体表面积可以增加6倍，负重能力提高25％-30％，疏松粗糙的表面结构在三维空间上相互联系，增强骨的黏附性和骨结合能力，有利于促进骨生成，使种植体能更快地获得初期稳定性，从而可以适当减少种植体的长度。

2）缺点：TPS表面有时会出现粗糙度不均匀的现象，具体表现在有的部位过于粗糙，有的部位仍是光滑面，由此对种植体-骨结合和初始稳定性会产生一定的影响。

另外，制作涂层时过高温度所产生的应力反应有可能造成涂层开裂和剥脱。

在种植体植入过程中也会出现因净擦而产生金属颗粒脱落现象。

（2）羟基磷灰石涂层表面处理： HAp属于生物活性陶瓷类材料，其表面存在轻度的生理溶解性，与组织细胞膜表层的多糖、糖蛋白等可通过氢键相结合，并能与骨组织形成骨性结合。

HAp与骨的结合能力要优于其他种植体材料表面与骨的结合能力。

HAp结晶微粒在导人超高温的等离子火焰后熔融雾化，并以高速均匀的气流喷涂在钛金属种植体表面，冷却后， HAp颗粒与钛金属表面粘接，形成涂层。

涂层厚度从50μm到几毫米。

涂层与种植体表面的粘接强度可达到10-20MPa，为了增强涂层的固位力，可以通过喷砂将金属种植体表面作粗化处理。

1）优点：HAp涂层有助于维持种植体-羟基磷灰石-骨之间的机械和化学性结合的稳定性，促进早期骨形成。

HAp涂层表面处理可将HAp骨诱导性与钛金属良好的机械性能相结合、扬长避短，克服HAp材料自身机械性能不足的缺点，发挥其促进骨形成的特性，有效提高种植体早期负重能力。

2）缺点:：①涂层有孔隙，界面处存在残余应力；②高温下HAp比较容易降解；③由于HAp与钛的热膨胀系数相差较大，因此，当材料由高温至室温的冷却过程中，涂层内产生的力易导致涂层剥脱或断裂等现象；④涂层与种植体之间粘接强度不足而导致涂层脱落和颗粒释放。

上述这些因素都可能会对骨结合产生不利的影响。

2.表面减去法表面减去法是指通过一定方法对种植体表面进行刻蚀，使其表面形成凹陷、产生粗糙的种植体表面。

下面主要介绍喷砂和酸蚀（sandblasted and acid-etching，SLA）以及可吸收性研磨介质（resorbable blast media， RBM）两种表面处理方法。

（1）喷砂和酸蚀处理：SLA处理是指在特定的压力和时间控制下，通过一个喷嘴在高速气流下将喷砂材料微粒喷射撞击种植体表面，使其产生凹陷，然后，利用酸性溶液（如盐酸、硫酸或氢氟酸和硝酸按一定比例混合）对纯钛表面进行蚀刻清洗，产生大量直径0.5-2μm的微型坑洞，形成特定的不规则粗糙表面。

1）喷砂材料的选择：表面喷砂处理的材料主要有金属材料和陶瓷材料两大类。

喷砂材料必须化学性质稳定、物相容性好且不妨碍骨结合的进程。

目前常用的有氧化铝、氧化钛和磷酸钙颗粒等。

在喷砂处理过程中，喷砂材料的颗粒直径是一个重要因素，直径越大越容易导致产生较大的离子离散和种植体表面的过度粗糙。

另外，喷砂后颗粒残留也会对骨结合产生不利影响。

为了避免铝、钛等离子或颗粒残留在种植体表面，抑制正常的骨矿化过程，可选用可吸收陶瓷作为喷砂材料，如HAp和磷酸钙陶瓷等。

这些材料具有较好的生物相容性，并有一定的成骨作用，即使有少量颗粒残留在种植体表面，最终这些颗粒也会被吸收和分解，不至于产生任何负面作用。

2）酸蚀的作用：喷砂后酸蚀①可减少化和消除喷砂材料对钛种植体表面的污染，使喷砂形成的较大的粗糙表面变得更加细微而不规则，以增加种植体表面积、增强骨与种植体的机械黏合性；②能降低种植体在植入时的机械阻力；③使种植体粗糙表面的砂坑深度增加，成骨细胞的黏附增强，能达到类似于细胞性伪足的效果，有助于成骨细胞附着；④所产生的细微而不规则的粗糙表面更能刺激种植体周围有成骨能力的细胞增殖和分裂，产生更多的化学介质和生长因子。

3）优点：与光滑的牙种植体表面相比，SLA处理后能有效增强种植体抗扭矩的性能，显著提高种植体的骨结合能力，使种植体的负重时间提前至植入后第6周。

4）缺点：喷砂在增加种植体表面粗糙度的同时，也可能带来一些负面的影响，比如喷砂材料中的某些金属离子对种植体钛表面的残留污染、喷砂造成种植体表面的非均匀性粗糙面和种植体表面金属材料的损失等。

（2）可吸收性研磨介质表面处理：RBM处理法是在特定压力和时间控制下通过高速气流将可吸收性研磨材料喷射在钛种植体表面，使其产生不规则凹陷，形成粗糙表面。

其基本原理和SLA相似，但不进行酸蚀处理。

处理后在钛种植体表面形成2.5～4μm的不规则的细小微孔，微孔相互连接贯通形成网状粗糙面，使骨组织-种植体界面的表面积扩大多达250％以上。

1）可吸收性研磨介质的选择：目前常用的可吸收性研磨介质主要为磷酸钙陶瓷，颗粒尺寸约为180μm×425μm。

该材料结构疏松、很容易被清除，处理完成后种植体表面十分清洁。

磷酸钙颗粒具有良好的生物相容性，可被骨组织吸收，即使有少量颗粒遗留在种植体表面微孔中，种植体植入后也不会影响种植体-骨界面的愈合，骨组织无任何不良反应。

2）优点：RBM表面处理后：①表面积扩大，表面粗糙清洁，增强种植体-骨结合，更有利于应力均匀分布；②周围骨组织可直接沉积在种植体表面；③可避免上述酸蚀造成的钛及被钛合金晶体的边缘降解和酸蚀剂残留于种植体表面可能对骨种植体界面造成的负面影响；④对骨组织较疏松的患者，能够增强种植体早期稳定性，加快种植体愈合过程。

3）缺点:由于RBM喷射的力度及处理后的粗糙度较难以控制，可能导致表面孔隙的深浅、大小不均匀，并较难以在表面制造出三维孔洞等。

3.电化学氧化（涂层）表面处理电化学氧化（electrochemical oxidation）表面处理方法是以酸性溶液为电解质，通过电解作用和氧化作用改变钛表面的形态、成分和晶体结构使种植体表面变得粗糙，并形成600～1000m度的氧化膜层，富含羟基，促进骨结合早日形成。

电化学处理可增强钛种植体表面的生物相容性，提高临床成功率。

目前，电化学氧化处理的具体方法有:阳极氧化（anodic oxidation，AO）和微弧氧化（micro-arc- oxidation，mAO）两种方法。

（1）阳极氧化法：AO是一种传统的金属表面处理方法。

该方法是以钛作为阳极，硝酸钠甲醇溶液为电解液，通过调整电解液的成分和阳极氧化的电参数，控制氧化处理的温度（＜800℃）和时间（＜2小时），获得不同厚度和不同Ti/O比例的氧化层。

它在钛金属表面形成不同粗糙程度、不同化学成分及多孔的氧化膜层。

形成的二氧化钛膜厚度一般为几百纳米至几微米。

形成的氧化膜具有与种植体体结合力好、抗磨损能力强等特点能够大大提高种体-骨界面的结合强度和骨结合率，促进种植体的初期稳定性。

目前，AO处理的种植体的长期稳定性还有待进一步研究。

（2）微弧氧化法：MAO又称等离子电化学沉积法，是一种在金属表面原位生成陶瓷氧化膜的新技术。

它是将铝、镁、钛等金属或其合金置于电解液中，利用电化学方法在材料表面产生火花放电，通过热化学、等离子体化学和电化学的共同作用，生成陶瓷氧化膜。

MAO与AO技术的最大区别在于它使用较高的工作电压，阳极电位由几十伏升高到几百伏，氧化电流也有所增大。

利用等离子体高温高压区瞬间的烧结作用，使无定形氧化物变成晶态相，即陶瓷相。

MAO形成的氧化膜层比AO所形成的氧化膜更具有特殊的理化性能。

MAO作为一种比较新颖的钛种植体表面处理技术，突破其他技术的许多束缚，有很好的应用前景，但其机制有待于进一步深入研究。

1）优点：相比AO技术，MAO处理只需3～5分钟大大节约时间及成本；所形成的钛基微弧氧化薄膜层更能显著促进成骨细胞附着，更加具有良好的生物相容性。

2）缺点：MAO处理机制比较复杂，影响因素较多且有时不容易控制，比如电解质成分、浓度以及电压的大小等；MAO表面层耐污性较差，微弧氧化膜摩擦系数高，因此，其应用受到一定限制。

4.表面轰击法表面轰击（surface ablation）法是一种直接轰击种植体表面使其粗糙化，如激光轰击（laser ablation）、电子束技术（electron beam technology，EBT）和离子注入（ion implantation）等。

（1）激光轰击：激光技术已经被广泛用于各种金属表面的处理，比如激光表面淬火、激光熔覆、激光表面合金化等。

激光具有处理准确效率高、可控性强等诸多优点。

在一定条件下，利用激光轰击技术可在种植体表面轰击出所需直径大小的均匀孔隙，经处理的种植体表面形貌及理化性质与激光轰击的能量、脉冲角度及波长等密切相关。

该方法对种植体表面没有任何污染，不会在种植体表面生成杂质。

激光轰击处理有望成为一种很有前景的表面处理方法。

其对种植体表面改性、生物力学效应等研究已成为种植体研究的热点之一。

（2）电子束处理：EBT是一种非接触加工的高能束流加工技术，具有能量密度极高、热效率高、精密易控等特点，已经在工业领域得到广泛的应用。

电子束可以在钛表面打孔，打孔速度达每秒几个到3000个，与激光打孔相似。

种植体经电子束表面熔化热处理后，表面金恢复属组织的化学元素重新分配，某些添加元素被引入到熔化区，形成很薄的新合金层，使金属获得良好的耐磨、耐腐或耐热等性能。

近年来，利用EBT处理改善钛种植体表面性质已获得的研初步的效果。

但如何获得更好的结果还有待进一步深入研究。

（3）离子注入：从气体、汽化物或溅射的表面产生离子化原子，在真空中提取这些原子更强并将其向着要处理的材料表面加速，离子照射（注入）固体材料，在被注入区域形成一个具有特殊性质的表面层（注入层）。

常用的分别有氮离子注入、钙离子注入和铱离子注入等。

近年来，采用离子注入法来改善或提高医用钛种植体表面的物理、化学以及机械性能、增加其耐磨性和耐腐蚀性、减少金属离子释放、促进骨结合，已取得一定效果。