浅谈钛种植体抗菌涂层
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种植体表面抗菌涂层的理想目标是在获得安全 而又长效的抗菌能力的基础上同时获得良好的骨结 合能力。从安全的角度出发，被动抗菌涂层由于不 向周围组织中释放抗菌剂而仅抑制细菌粘附或当细 菌接触其表面时将其杀死，非常理想。但是目前报 道的此类涂层的抗菌能力均较弱，是下一步改进的 重点。相比而言主动涂层的优点在于明显的抗菌效 果，它通过释放预载入的抗菌剂如抗生素和银等产 生抗菌作用。然而，主动涂层的关键在于如何控制 抗菌剂在安全而有效的浓度范围长期释放。考虑到 种植体表面比较有限的载药量，无机抗菌剂由于其 低有效剂量有望在有限的载药量限制下通过控制释 放速率获得长期抗菌能力。最后需要指出的是，抗 菌涂层是我们在目前种植体组织结合不理想从而种 植体抵抗细菌入侵能力较差的情况下提出的“外在 干预”策略。解决种植体感染的最根本和最理想途 径在于“内在预防”，将种植体组织结合和周围宿主 抵抗能力提高至类似天然牙的水平。
3 种植体表面抗菌涂层的思考
根据是否释放抗菌剂，抗菌涂层可被分为主动抗 菌涂层和被动抗菌涂层两类。被动涂层不向周围组 织中释放抗菌剂，相反，它们仅抑制细菌粘附或当细 菌接触其表面时将其杀死，典型的例子就是修饰试样 的表面物理化学特性如亲水性或晶体结构。此类涂 层如果其抗菌力足够强可以防止生物膜形成，将是非 常理想的涂层。原因在于此类涂层可以在体内存在 较长时间而无局部或全身副作用的顾虑。而且这种 涂层由于是通过表面结构发挥抗菌作用，有希望获得
在载抗生素涂层可以应用到临床之前，仍有许 多重要问题需要慎重考虑。首先，种植体周围细菌 对抗生素是否敏感是个问题。有报道从种植体周围 分离出了抗生素耐药菌［22］，因此选择有效的抗生素 制备涂层非常关键； 其次，制备可以在有效浓度内长 期释放抗生素的涂层仍有难度； 第三，据报道某些载 体会在低于最小抑菌浓度的范围长期释放抗生素， 如在载抗生素骨水泥修复体周围的组织中手术 5 年 半后仍可检测到庆大霉素残留［23］，这大大提高了产 生新抗生素耐药菌的风险。因此，载抗生素涂层应 该在有效浓度范围内释放抗生素，然后抗生素释放 应能立即终止以避免产生抗生素耐药菌株； 最后，虽 然抗生素被认为生物相容性很好，仍有文献表明某 些抗生素损伤细胞功能。因此在今后的研究中，应 当考虑到抗生素载入后对种植体组织结合的影响。 2． 2 载非抗生素类有机抗菌剂涂层
2 钛种植体表面抗菌涂层的研究
钛种植体应用广泛，因为不同环境中细菌菌群 的多种多样，生物膜在种植体表面的形成是一个复 杂的问题，因此，抗菌涂层要能对付不同环境中的不 同菌种。由于细菌的粘附是生物膜形成的关键和共 同步骤，目前抗菌涂层通常针对阻止细菌在种植体 表面的粘附而设计。对于抗菌涂层的一个最基本的 要求就是它不能妨碍组织结合，如果能促进组织结 合则更理想。
考虑到抗生素存在产生新耐药菌株的风险，非 抗生素有机抗菌剂如氯己定和氯二甲酚等可能是更 好的选 择［24-27］。 由 于 广 谱 抗 菌 能 力 和 产 生 耐 药 菌 的风险小，它们在日常生活中得到广泛应用。特别 是氯己定，由于它在牙科的广泛使用如漱口水和牙 周炎治疗凝胶等而广为人知。对于未经处理的钛表 面吸附氯己定能力的研究有较大临床意义，因其易 于操作而更容易向临床应用转化。实验表明氯己定 可以吸附到钛表面的氧化层并在几天时间内逐渐脱 落［28，29］。氯己定在氧化 钛 表 面 的 吸 附 和 释 放 动 力 学与表面粗糙度、氧化钛晶相以及所使用的缓冲液 等因素有关［29］。
有学者用电沉积的方法在 Ti6Al4V 表面制备了 钙磷 /壳聚糖复合涂层。壳聚糖的加入改变了钙磷 涂层的某些物理特性但并不影响它的结合强度［39］。 该涂层也被证明有利于骨髓基质细胞的粘附和成骨 细胞的增殖和分化，但是研究人员对该涂层的抗菌 能力没有关注。
为了实现长期抗菌能力，学者们通过自组装技 术在钛表面制备了包含壳聚糖和透明质酸的多层聚 电解质涂层。该涂层与钛相比将细菌粘附降低了 80% ，然而由于透明质酸链的存在使成骨细胞粘附 受损。研究人员在该涂层表面接上 RGD 肽之后，成 骨细胞粘附明显提高。而且表面嫁接的 RGD 肽的 密度对成骨细胞增殖和 ALP 活性有明显影响，与钛 表面相比这两个指标增加了 1 ～ 2 倍，与此同时高抗 菌能力仍然 保 持［40］。 用 此 方 法 制 备 的 壳 聚 糖 涂 层 具有很大吸引力，它可以同时提高抗菌能力和促进 种植体组织结合。然而，在壳聚糖涂层可以应用到 临床之前，还有许多地方需要研究，如该涂层的体内 效果还有待实验验证。
由于生物膜内的细菌对抗菌剂的抵抗力高于浮 游细菌，常规抗生素治疗对种植体相关感染常常无能 为力［15-17］。生物膜一旦形成目前尚没有很好的手段 去消除感染，彻底去除种植体常常是解决问题的唯一 有效途径。总而言之，生物膜的形成和种植体表面机 体免疫力较低使钛种植体表面细菌容易聚集菌斑形 成和感染发生。由于不可能完全消除或避免细菌污 染和入侵，因此寻找其它有效途径来阻止种植体相关 感染非常必要。在种植体周围感染的发病机制中，细 菌在种植体表面的早期粘附被认为是一个关键事件， 因此一个重要的策略就是预防细菌的早期粘附。
研究人员开始尝试在钛种植体表面制备载抗生 素的涂层。庆大霉素属于氨基糖甙类抗生素，它具有 较广的抗菌谱。而且庆大霉素是少有的几种热稳定 抗生素之一，因此它是钛种植体表面载抗生素涂层最 常用的抗生素。此外，其它的广谱抗生素如头孢噻 吩、羧苄西林、阿莫西林、头孢孟多酯纳、妥布霉素和 万古霉素也被用于种植体表面抗菌涂层的研究［19-21］。
抗粘附表面也可以通过改变表面氧化层的晶相 结构来实现，据报导锐钛矿型氧化钛可以明显降低 细菌粘附而不影响细胞活性。此外，锐钛矿可以在 模拟体液中诱导钙磷沉积［36］，表明其良好的骨传导 性。锐钛矿型氧化钛的抗菌能力可能源于它的光催
口腔材料器械 2012 年第 21 卷第 2 期
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化特性［37］。 2． 5 抗菌生物活性聚合物涂层
考虑到非抗生素有机抗菌剂产生耐药菌的低风 险性，它们可以在体内使用较长的时间。然而，有证 据表明这些抗菌剂可能导致细胞破坏［26］，因此需要
更深入的研究来阐明其生物相容性。此外，类似于 载抗生素涂层，研制开发合适的涂层材料来装载较 大量的抗菌剂同时达到控释非常必要。 2． 3 载无机抗菌剂涂层
无机抗菌剂在制备生物材料表面抗菌涂层方面 非常有吸引力，因为它们具有许多优点，如良好的抗 菌能力、优秀的生物相容性和令人满意的稳定性。在 不同的无机抗菌剂中，银最广为人知。银在抗菌涂层 方面应用的优点如下： ① 抗菌谱广，在非常低的浓度 下可有效杀灭革兰氏阳性和阴性细菌以及一些ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ药 菌； ②银的掺入对于细菌在生物材料表面的粘附也有 抑制作用； ③银的抗菌性是长期持续的； ④虽然机制 尚不明确，银不容易引起细菌耐药； ⑤体外实验表明 含银涂层具有很好的生物相容性，无基因毒性或细胞 毒性。体内试验表明含银涂层没有局部或全身副作 用； ⑥由于银比较稳定，可以通过多种技术添加到种 植体表面，如等离子浸没离子注入［30］、滤波阴极真空 弧沉积［31］、物理气相沉积［32］和磁控溅射［33］等； ⑦银 可以被掺入到多种生物材料中如多聚物、金刚石碳、 生物活性玻璃和陶瓷金属等等。
长期抗菌能力。但是这方面尚无令人满意的进展。 相比之下，主动抗菌涂层通过释放预载的抗菌剂
如抗生素、防腐剂、银或 NO 产生抗菌作用。主动涂 层最吸引人的优点是它们的抗菌效果比较显著。然 而，它们往往会有安全方面的忧虑，并且这些涂层释 放抗菌剂的时间仍然有限。因此，它们可能仅对于早 期的种植体相关感染有效，而对于一些晚期的感染无 能为力。如何能载入足够量的抗菌剂并且通过控释 的方式释放相当长的时间是需要考虑的问题。
基金项目： 国家自然科学基金项目（ 81070862） 通信作者： 张玉梅，E-mail： wqtzym@ fmmu． edu． cn
有利于细菌入侵从而发生感染。 虽然多种措施如彻底的消毒和严格的无菌操作
等可以有效降低细菌污染，但有证据表明手术后细 菌的入侵经常发生［6］，细菌污染也可能由晚期的血 源性感染 引 起［2］。 经 皮 或 黏 膜 的 种 植 体 如 外 固 定 钉和牙科种植体更容易遭受细菌入侵［13，14］，因为皮 肤、黏膜或种植体表面的细菌会入侵种植体周围软 组织，最终导致种植体周围深部骨组织的感染。此 外，经皮 / 黏膜种植体与软组织的结合仍不是非常理 想，进一步助长了细菌入侵。据报导经皮骨折固定 器的钉道感染的的发生率可以高达 50% 。 ［15，16］
口腔材料器械 2012 年第 21 卷第 2 期
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·专家笔谈·
浅谈钛种植体抗菌涂层
Brief introduction of antibactenial coatings on titanium implants
张玉梅
（ 第四军医大学口腔医学院，西安 710032）
钛及钛合金在骨科及口腔临床得到广泛应用， 但口腔种植体相关感染仍就是一个严重威胁，会带 来一系列并发症如住院时间延长、治疗过程复杂化、 种植体失败、去除种植体、病人的额外痛苦、经济负 担甚至生命危险［1-7］。由于钛种植体在临床上的使 用越来越广泛，相应地感染的发生率也会随之升高。 为了避免这些感染，一个有效的途径是提高这些材 料的抗菌能力。因此，对钛种植材料表面抗菌涂层 研究现状及发展趋势的了解和客观分析，将有助于 钛种植材料的研发。
1 钛种植体相关感染
种植体表面容易感染的原因主要有两方面，即 表面生物膜的形成和种植体 /组织界面免疫能力的 低下。钛种植体的生物相容性归功于生理环境下迅 速吸附到其表面的蛋白层，而这一蛋白层也使钛表 面适合于细菌聚集和生物膜形成［8-10］。生物膜是微 生物源性的附着在物体表面的微生物群落，其特征 为细菌不可逆地附着到基底物、界面或细菌之间，被 它们所分泌的细胞外基质所包裹，在生长速率和基 因转录方面 的 表 型 有 别 于 单 个 浮 游 细 菌［11］。 鉴 于 生物膜在种植体相关感染中所起的重要作用，对生 物膜的形成已经有了大量详细的描述［8-11］。生物膜 会通过多种可能机制保护内部的细菌不受宿主防御 系统或 抗 菌 剂 的 攻 击［9，11，12］。 此 外，种 植 体 表 面 的 宿主防御力低于正常。在种植体植入后的早期，局 部的防御力由于手术创伤而严重受损。即使在组织 结合完成后，由于种植体 / 组织界面血管分布量较 少，防御能力依旧低于正常。宿主防御机制的降低
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2． 1 载抗生素涂层 接受种植体手术的病人临床上常规给予全身抗
生素预防性治疗以阻止感染的发生［17，18］。然而，全 身抗生素给药具有许多缺点，如靶点药物浓度低和 全身毒副作用等。因此，从这些角度考虑局部抗生 素给药更有优势。自 20 世纪 70 年代，抗生素就被 掺入骨水泥中。
虽然银已经成为钛种植体表面抗菌掺杂的一个 热点，但是对它的抗菌机制仍需进一步阐明以更好 地应用于临床。此外，除了银之外，其它的无机抗菌 剂如铜、氟、钙、氮和锌等也被载入钛表面，但对它们 的研究没有银这么广泛。 2． 4 抗细菌粘附涂层
种植体的表面特性如表面粗糙度、化学成分、亲 水性、表面能、表面电势和导电性等在细菌的粘附、 增殖以及更后期的反应中起重要作用。这些表面特 性可以影响蛋白的吸附量和构型从而影响细菌粘附 和生物膜形成。通过改变这些表面特性从而可能获 得可以抵抗细菌粘附的表面。
某些生物活性分子如壳聚糖和透明质酸具有抑 制细菌粘附或杀死细菌的能力。壳聚糖和透明质酸 具有相似的化学结构，它是通过壳多糖脱乙酰化获 得的，而壳多糖在昆虫和海洋无脊椎动物的外壳和 某些真菌的细胞壁内大量存在。壳聚糖因为各种各 样的生物学功能而广为人知，如良好生物相容性、在 生理环境中可降解为无毒产物、无毒性、物理惰性、 超亲蛋白性、抗菌性、止血能力、抑制真菌和抗肿瘤 和降低胆固 醇 的 作 用［38］。 壳 聚 糖 促 进 骨 祖 细 胞 的 分化并促进成骨细胞的粘附、生长、活性、碱性磷酸 酶（ ALP） 活性和基因表达。此外，壳聚糖具有很广 的抗菌谱。因此，壳聚糖被广泛用于骨替代材料、伤 口敷料、组织工程支架和各种生物活性因子的载体。
通过钛表面修饰改变其物理化学特性来抑制细 菌粘附是相对简单和经济的方法。例如，紫外照射可 以使氧化钛表面的亲水性升高，体外实验表明紫外照 射 Ti6Al4V 抑 制 细 菌 粘 附 而 不 影 响 骨 细 胞 的 功 能［34］。体外和体内试验均证明紫外照射提高钛骨传 导能力，这一作用可能与紫外照射去除氧化钛表面的 碳氢化合物有关［35］。这些实验说明紫外照射是一个 让钛表面具有抗菌性的简单而有效的方法。
3 种植体表面抗菌涂层的思考
根据是否释放抗菌剂，抗菌涂层可被分为主动抗 菌涂层和被动抗菌涂层两类。被动涂层不向周围组 织中释放抗菌剂，相反，它们仅抑制细菌粘附或当细 菌接触其表面时将其杀死，典型的例子就是修饰试样 的表面物理化学特性如亲水性或晶体结构。此类涂 层如果其抗菌力足够强可以防止生物膜形成，将是非 常理想的涂层。原因在于此类涂层可以在体内存在 较长时间而无局部或全身副作用的顾虑。而且这种 涂层由于是通过表面结构发挥抗菌作用，有希望获得
在载抗生素涂层可以应用到临床之前，仍有许 多重要问题需要慎重考虑。首先，种植体周围细菌 对抗生素是否敏感是个问题。有报道从种植体周围 分离出了抗生素耐药菌［22］，因此选择有效的抗生素 制备涂层非常关键； 其次，制备可以在有效浓度内长 期释放抗生素的涂层仍有难度； 第三，据报道某些载 体会在低于最小抑菌浓度的范围长期释放抗生素， 如在载抗生素骨水泥修复体周围的组织中手术 5 年 半后仍可检测到庆大霉素残留［23］，这大大提高了产 生新抗生素耐药菌的风险。因此，载抗生素涂层应 该在有效浓度范围内释放抗生素，然后抗生素释放 应能立即终止以避免产生抗生素耐药菌株； 最后，虽 然抗生素被认为生物相容性很好，仍有文献表明某 些抗生素损伤细胞功能。因此在今后的研究中，应 当考虑到抗生素载入后对种植体组织结合的影响。 2． 2 载非抗生素类有机抗菌剂涂层
2 钛种植体表面抗菌涂层的研究
钛种植体应用广泛，因为不同环境中细菌菌群 的多种多样，生物膜在种植体表面的形成是一个复 杂的问题，因此，抗菌涂层要能对付不同环境中的不 同菌种。由于细菌的粘附是生物膜形成的关键和共 同步骤，目前抗菌涂层通常针对阻止细菌在种植体 表面的粘附而设计。对于抗菌涂层的一个最基本的 要求就是它不能妨碍组织结合，如果能促进组织结 合则更理想。
考虑到抗生素存在产生新耐药菌株的风险，非 抗生素有机抗菌剂如氯己定和氯二甲酚等可能是更 好的选 择［24-27］。 由 于 广 谱 抗 菌 能 力 和 产 生 耐 药 菌 的风险小，它们在日常生活中得到广泛应用。特别 是氯己定，由于它在牙科的广泛使用如漱口水和牙 周炎治疗凝胶等而广为人知。对于未经处理的钛表 面吸附氯己定能力的研究有较大临床意义，因其易 于操作而更容易向临床应用转化。实验表明氯己定 可以吸附到钛表面的氧化层并在几天时间内逐渐脱 落［28，29］。氯己定在氧化 钛 表 面 的 吸 附 和 释 放 动 力 学与表面粗糙度、氧化钛晶相以及所使用的缓冲液 等因素有关［29］。
有学者用电沉积的方法在 Ti6Al4V 表面制备了 钙磷 /壳聚糖复合涂层。壳聚糖的加入改变了钙磷 涂层的某些物理特性但并不影响它的结合强度［39］。 该涂层也被证明有利于骨髓基质细胞的粘附和成骨 细胞的增殖和分化，但是研究人员对该涂层的抗菌 能力没有关注。
为了实现长期抗菌能力，学者们通过自组装技 术在钛表面制备了包含壳聚糖和透明质酸的多层聚 电解质涂层。该涂层与钛相比将细菌粘附降低了 80% ，然而由于透明质酸链的存在使成骨细胞粘附 受损。研究人员在该涂层表面接上 RGD 肽之后，成 骨细胞粘附明显提高。而且表面嫁接的 RGD 肽的 密度对成骨细胞增殖和 ALP 活性有明显影响，与钛 表面相比这两个指标增加了 1 ～ 2 倍，与此同时高抗 菌能力仍然 保 持［40］。 用 此 方 法 制 备 的 壳 聚 糖 涂 层 具有很大吸引力，它可以同时提高抗菌能力和促进 种植体组织结合。然而，在壳聚糖涂层可以应用到 临床之前，还有许多地方需要研究，如该涂层的体内 效果还有待实验验证。
由于生物膜内的细菌对抗菌剂的抵抗力高于浮 游细菌，常规抗生素治疗对种植体相关感染常常无能 为力［15-17］。生物膜一旦形成目前尚没有很好的手段 去消除感染，彻底去除种植体常常是解决问题的唯一 有效途径。总而言之，生物膜的形成和种植体表面机 体免疫力较低使钛种植体表面细菌容易聚集菌斑形 成和感染发生。由于不可能完全消除或避免细菌污 染和入侵，因此寻找其它有效途径来阻止种植体相关 感染非常必要。在种植体周围感染的发病机制中，细 菌在种植体表面的早期粘附被认为是一个关键事件， 因此一个重要的策略就是预防细菌的早期粘附。
研究人员开始尝试在钛种植体表面制备载抗生 素的涂层。庆大霉素属于氨基糖甙类抗生素，它具有 较广的抗菌谱。而且庆大霉素是少有的几种热稳定 抗生素之一，因此它是钛种植体表面载抗生素涂层最 常用的抗生素。此外，其它的广谱抗生素如头孢噻 吩、羧苄西林、阿莫西林、头孢孟多酯纳、妥布霉素和 万古霉素也被用于种植体表面抗菌涂层的研究［19-21］。
抗粘附表面也可以通过改变表面氧化层的晶相 结构来实现，据报导锐钛矿型氧化钛可以明显降低 细菌粘附而不影响细胞活性。此外，锐钛矿可以在 模拟体液中诱导钙磷沉积［36］，表明其良好的骨传导 性。锐钛矿型氧化钛的抗菌能力可能源于它的光催
口腔材料器械 2012 年第 21 卷第 2 期
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化特性［37］。 2． 5 抗菌生物活性聚合物涂层
考虑到非抗生素有机抗菌剂产生耐药菌的低风 险性，它们可以在体内使用较长的时间。然而，有证 据表明这些抗菌剂可能导致细胞破坏［26］，因此需要
更深入的研究来阐明其生物相容性。此外，类似于 载抗生素涂层，研制开发合适的涂层材料来装载较 大量的抗菌剂同时达到控释非常必要。 2． 3 载无机抗菌剂涂层
无机抗菌剂在制备生物材料表面抗菌涂层方面 非常有吸引力，因为它们具有许多优点，如良好的抗 菌能力、优秀的生物相容性和令人满意的稳定性。在 不同的无机抗菌剂中，银最广为人知。银在抗菌涂层 方面应用的优点如下： ① 抗菌谱广，在非常低的浓度 下可有效杀灭革兰氏阳性和阴性细菌以及一些ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ药 菌； ②银的掺入对于细菌在生物材料表面的粘附也有 抑制作用； ③银的抗菌性是长期持续的； ④虽然机制 尚不明确，银不容易引起细菌耐药； ⑤体外实验表明 含银涂层具有很好的生物相容性，无基因毒性或细胞 毒性。体内试验表明含银涂层没有局部或全身副作 用； ⑥由于银比较稳定，可以通过多种技术添加到种 植体表面，如等离子浸没离子注入［30］、滤波阴极真空 弧沉积［31］、物理气相沉积［32］和磁控溅射［33］等； ⑦银 可以被掺入到多种生物材料中如多聚物、金刚石碳、 生物活性玻璃和陶瓷金属等等。
长期抗菌能力。但是这方面尚无令人满意的进展。 相比之下，主动抗菌涂层通过释放预载的抗菌剂
如抗生素、防腐剂、银或 NO 产生抗菌作用。主动涂 层最吸引人的优点是它们的抗菌效果比较显著。然 而，它们往往会有安全方面的忧虑，并且这些涂层释 放抗菌剂的时间仍然有限。因此，它们可能仅对于早 期的种植体相关感染有效，而对于一些晚期的感染无 能为力。如何能载入足够量的抗菌剂并且通过控释 的方式释放相当长的时间是需要考虑的问题。
基金项目： 国家自然科学基金项目（ 81070862） 通信作者： 张玉梅，E-mail： wqtzym@ fmmu． edu． cn
有利于细菌入侵从而发生感染。 虽然多种措施如彻底的消毒和严格的无菌操作
等可以有效降低细菌污染，但有证据表明手术后细 菌的入侵经常发生［6］，细菌污染也可能由晚期的血 源性感染 引 起［2］。 经 皮 或 黏 膜 的 种 植 体 如 外 固 定 钉和牙科种植体更容易遭受细菌入侵［13，14］，因为皮 肤、黏膜或种植体表面的细菌会入侵种植体周围软 组织，最终导致种植体周围深部骨组织的感染。此 外，经皮 / 黏膜种植体与软组织的结合仍不是非常理 想，进一步助长了细菌入侵。据报导经皮骨折固定 器的钉道感染的的发生率可以高达 50% 。 ［15，16］
口腔材料器械 2012 年第 21 卷第 2 期
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·专家笔谈·
浅谈钛种植体抗菌涂层
Brief introduction of antibactenial coatings on titanium implants
张玉梅
（ 第四军医大学口腔医学院，西安 710032）
钛及钛合金在骨科及口腔临床得到广泛应用， 但口腔种植体相关感染仍就是一个严重威胁，会带 来一系列并发症如住院时间延长、治疗过程复杂化、 种植体失败、去除种植体、病人的额外痛苦、经济负 担甚至生命危险［1-7］。由于钛种植体在临床上的使 用越来越广泛，相应地感染的发生率也会随之升高。 为了避免这些感染，一个有效的途径是提高这些材 料的抗菌能力。因此，对钛种植材料表面抗菌涂层 研究现状及发展趋势的了解和客观分析，将有助于 钛种植材料的研发。
1 钛种植体相关感染
种植体表面容易感染的原因主要有两方面，即 表面生物膜的形成和种植体 /组织界面免疫能力的 低下。钛种植体的生物相容性归功于生理环境下迅 速吸附到其表面的蛋白层，而这一蛋白层也使钛表 面适合于细菌聚集和生物膜形成［8-10］。生物膜是微 生物源性的附着在物体表面的微生物群落，其特征 为细菌不可逆地附着到基底物、界面或细菌之间，被 它们所分泌的细胞外基质所包裹，在生长速率和基 因转录方面 的 表 型 有 别 于 单 个 浮 游 细 菌［11］。 鉴 于 生物膜在种植体相关感染中所起的重要作用，对生 物膜的形成已经有了大量详细的描述［8-11］。生物膜 会通过多种可能机制保护内部的细菌不受宿主防御 系统或 抗 菌 剂 的 攻 击［9，11，12］。 此 外，种 植 体 表 面 的 宿主防御力低于正常。在种植体植入后的早期，局 部的防御力由于手术创伤而严重受损。即使在组织 结合完成后，由于种植体 / 组织界面血管分布量较 少，防御能力依旧低于正常。宿主防御机制的降低
·62·
口腔材料器械 2012 年第 21 卷第 2 期
2． 1 载抗生素涂层 接受种植体手术的病人临床上常规给予全身抗
生素预防性治疗以阻止感染的发生［17，18］。然而，全 身抗生素给药具有许多缺点，如靶点药物浓度低和 全身毒副作用等。因此，从这些角度考虑局部抗生 素给药更有优势。自 20 世纪 70 年代，抗生素就被 掺入骨水泥中。
虽然银已经成为钛种植体表面抗菌掺杂的一个 热点，但是对它的抗菌机制仍需进一步阐明以更好 地应用于临床。此外，除了银之外，其它的无机抗菌 剂如铜、氟、钙、氮和锌等也被载入钛表面，但对它们 的研究没有银这么广泛。 2． 4 抗细菌粘附涂层
种植体的表面特性如表面粗糙度、化学成分、亲 水性、表面能、表面电势和导电性等在细菌的粘附、 增殖以及更后期的反应中起重要作用。这些表面特 性可以影响蛋白的吸附量和构型从而影响细菌粘附 和生物膜形成。通过改变这些表面特性从而可能获 得可以抵抗细菌粘附的表面。
某些生物活性分子如壳聚糖和透明质酸具有抑 制细菌粘附或杀死细菌的能力。壳聚糖和透明质酸 具有相似的化学结构，它是通过壳多糖脱乙酰化获 得的，而壳多糖在昆虫和海洋无脊椎动物的外壳和 某些真菌的细胞壁内大量存在。壳聚糖因为各种各 样的生物学功能而广为人知，如良好生物相容性、在 生理环境中可降解为无毒产物、无毒性、物理惰性、 超亲蛋白性、抗菌性、止血能力、抑制真菌和抗肿瘤 和降低胆固 醇 的 作 用［38］。 壳 聚 糖 促 进 骨 祖 细 胞 的 分化并促进成骨细胞的粘附、生长、活性、碱性磷酸 酶（ ALP） 活性和基因表达。此外，壳聚糖具有很广 的抗菌谱。因此，壳聚糖被广泛用于骨替代材料、伤 口敷料、组织工程支架和各种生物活性因子的载体。
通过钛表面修饰改变其物理化学特性来抑制细 菌粘附是相对简单和经济的方法。例如，紫外照射可 以使氧化钛表面的亲水性升高，体外实验表明紫外照 射 Ti6Al4V 抑 制 细 菌 粘 附 而 不 影 响 骨 细 胞 的 功 能［34］。体外和体内试验均证明紫外照射提高钛骨传 导能力，这一作用可能与紫外照射去除氧化钛表面的 碳氢化合物有关［35］。这些实验说明紫外照射是一个 让钛表面具有抗菌性的简单而有效的方法。