1、種植體表面抗菌的研究進(jìn)展目前，鈦及鈦合金由于其優(yōu)越的機(jī)械、化學(xué)及生物相容性能，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是在口腔科的人工種植牙方面。人工種植牙成功的關(guān)鍵是形成骨結(jié)合，即植入物與骨組織直接接觸，不存在除骨以外的其他組織。在種植體植入的初期，如果受到外界因素干擾， 骨結(jié)合的過程將會受到影響，甚至向纖維結(jié)合的方向發(fā)展，導(dǎo)致種植失敗，其中微生物感染是導(dǎo)致種植牙失敗的主要原因之一。微生物感染，即通過細(xì)菌粘附，近而破壞術(shù)區(qū)周圍組織， 影響供血，導(dǎo)致植入物松動甚至脫落。細(xì)菌粘附一般分為兩個階段，第一階段是細(xì)菌與材料表面初步結(jié)合，第二階段是細(xì)菌表面蛋白質(zhì)與材料表面結(jié)合，形成生物膜，完成黏附。因此，抗菌成為影

2、響植入物骨結(jié)合的重要因素。本文通過表面處理和涂層技術(shù)對改進(jìn)植入物的抗菌性能進(jìn)行闡述。.表面處理表面處理技術(shù)是通過物理、化學(xué)或兩者相結(jié)合的方式對鈦基底表面進(jìn)行改性（如表面形貌、粗糙度、親水性等），改變其表面微觀結(jié)構(gòu)，其中一些表面處理方法能形成有利于骨細(xì) 胞黏附的抑菌表面。紫外線處理紫外線是一種電磁波（波長 315-380nm ）,可通過與材料接觸從而改變其理化和生物 性質(zhì)。鈦經(jīng)紫外線處理后的引導(dǎo)骨再生能力加強(qiáng)。紫外線處理鈦后，其表面形成氧空位，使Ti4+離子轉(zhuǎn)化為Ti3+離子，吸附自由水，形成超親水表面。同時產(chǎn)生活性氧，進(jìn)行二次氧 化，去除表面碳?xì)浠衔铮趸纸獗砻骐s質(zhì)，也提高了抗菌性。另有研

3、究發(fā)現(xiàn)紫外光處理的鈦可抑制口腔微生物群落的附著，干擾生物膜形成。紫外線處理種植體表面24h后對人牙齦成纖維細(xì)胞粘附、增殖和膠原釋放等方面的行為產(chǎn)生積極影響。但也有研究表明紫外線照射對種植體的骨結(jié)合并無明顯影響。陽極氧化鈦或鈦合金表面經(jīng)陽極氧化法可形成納米薄膜層，由分布均勻，排列整齊的TiO2納米管組成，具有良好的抗腐蝕和生物相容性，有利于成骨細(xì)胞黏附，同時具有抗菌性。直徑為60-80nm的TiO2納米管具有更強(qiáng)的親水性，親水性越高，細(xì)胞越能在其表面粘附、增殖、 分化。紫外線光照120min后，光催化TiO2表面的放線菌和具核梭桿菌的存活率低于商業(yè) 純鈦對照表面，表現(xiàn)出抗菌性的潛力。微弧氧化生成

4、的氧化膜與基底結(jié)合牢固,微弧氧化是在金屬材料表面生成氧化膜的表面改性方法,生成的氧化膜與基底結(jié)合牢固,表面成多孔蜂窩狀微米級孔隙。Lin等在微弧氧化的鈦種植體內(nèi)加入鈉，與放線桿菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌在瓊脂進(jìn)行擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)摻雜鈕后比單純微弧氧化的鈦有更高的抗菌活性。通過紫外線催化后的微弧氧化純鈦表面產(chǎn)生了超親水性，促進(jìn)成骨細(xì)胞黏附和增殖。.抗菌涂層細(xì)菌感染主要通過細(xì)菌黏附增殖，在植入物表面形成菌斑生物膜，影響供血，破壞周圍組織，導(dǎo)致植入物松動、脫落。細(xì)菌黏附分為兩個階段，一是細(xì)菌快速與材料表面結(jié)合，過 程快速可逆，二是細(xì)菌表面的蛋白質(zhì)與材料表面分子結(jié)合，過程緩慢而不可逆。因此，抑制細(xì)菌黏

5、附和清除細(xì)菌至為重要。然而，植入物表面形成成熟的菌斑生物膜后，即使應(yīng)用抗生素和反復(fù)的外科沖洗也難以去除。所以，抗菌性成為植入物取得長期穩(wěn)定性的關(guān)鍵。通過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徑。可通過抑制或殺死細(xì)菌來防止致病菌的早期黏附。抗菌肽、無機(jī)抗菌金屬元素(銀、銅、鋅等)和 抗生素(萬古霉素、慶大霉素等)等是常見的抗菌材料，通過物理吸附、化學(xué)共價鍵結(jié)合或 者生物涂層的方法接枝到種植體表面。然而物理吸附方式由于吸收問題，無法獲得長期穩(wěn)定性；化學(xué)共價鍵結(jié)合方式，需通過不同的化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)的中間產(chǎn)物存在生物毒性或不可控性，影響其生物活性，從而影響穩(wěn)定性；生物涂層的降

6、解吸收也影響了其在臨床上的廣 泛應(yīng)用。有機(jī)分子抗菌肽(antimicrobial peptide , AMP)是一類具有抗菌活性的堿性多肽物質(zhì)，具有廣 譜抗菌活性，可快速查殺靶標(biāo)。AMP通常是陽離子，可與細(xì)菌表面的聚陰離子相結(jié)合。AMP疏水側(cè)鏈與膜疏水部分相結(jié)合，而AMP的親水部分在膜內(nèi)分解，導(dǎo)致膜穿孔，細(xì)菌因內(nèi)容物滲出而死亡。抗菌肽MagaininI通過聚乙二醇(polyethylene glycol , PEG)的交聯(lián)作用接枝到氧化 鈦表面。其中PEG不僅是抗黏合劑，還可共價接枝抗菌肽。接枝后表面的菌落數(shù)為空白對 照組的50%。因此，該表面能降低細(xì)菌黏附，并可對黏附細(xì)菌的生長有抑制作用。Y

7、azici等借助自動肽合成器制備出一種嵌合多肽(TiBP1-GGG-AMP,TiBP2-GGG-AMP ),將其修飾到到鈦表面，可顯著減少變鏈球菌，大腸桿菌和表皮葡萄球菌的黏附。基于這種多肽的嵌合方法，可設(shè)計出針對多種細(xì)菌的抗菌肽，擴(kuò)大抗菌肽的應(yīng)用。AMP也可負(fù)載在無機(jī)物涂層表面發(fā)揮作用。Narbat等構(gòu)建磷酸鈣-抗菌肽涂層，可在30min內(nèi)殺滅金黃色葡萄球菌和銅綠色假單胞菌。另一種常見 AMP叫GL13K ,來自腮腺分泌蛋白，體外實(shí)驗(yàn)表明 GL13K涂層能抑制種 植體周圍炎的致病菌牙齦嚇咻單胞菌、格氏鏈球菌和銅綠色假單胞菌的生物膜生長。通過物理吸附，可將hLf1-11作為一種有效的 AMP

8、,對鈦表面進(jìn)行功能化修飾，顯著減少鏈球菌 的細(xì)菌粘附和生物膜形成。然而抗菌肽合成的成本較高，合成過程復(fù)雜，生物安全性有待驗(yàn) 證，限制其臨床推廣。尋找新的制作方法，降低成本，成為進(jìn)一步推廣的關(guān)鍵。殼聚糖可通過增加微生物細(xì)胞壁及細(xì)胞膜通透性、與微生物DNA結(jié)合等機(jī)制抑制微生物，使鈦基涂層具有一定的抗菌性。殼聚糖也具有誘導(dǎo)成骨作用。Ghimire等通過鹽酸多巴胺修飾鈦基表面，再將殼聚糖與多巴胺共價接枝，制備的涂層可阻止細(xì)菌對成骨樣細(xì)胞的入侵，顯著增加細(xì)菌對抗生素的易感性，減少植入物相關(guān)感染和骨結(jié)合不良的發(fā)生。但殼聚糖的成骨性能尚存在爭議。Gilabert等在鈦基底表面形成表面上蝕刻了平行的微凹槽，使

9、殼聚糖在16 dm深的凹槽底部以薄涂層的形式沉積，但未觀察到MC3T3-E1前成骨細(xì)胞黏附在殼聚糖涂層上，證實(shí)其不具有成骨功能。殼聚糖可和透明質(zhì)酸組成復(fù)合多糖涂層，兩種聚合物均具有抗菌作用。經(jīng)處理后的表面，親水性增加，干擾細(xì)菌和種植體之間的表面連接，從而抑制細(xì)菌黏附。還可與精甘天冬氨酸肽（arginyl glycylaspartic acid , RGD ）結(jié)合應(yīng)用，即 RGD。RGD整合 到殼聚糖-透明質(zhì)酸涂層，由于聚合物鏈變成，降低了理夫緒茲-凡德瓦爾力，減少金黃色葡萄球菌的黏附，同時由于 RGD的成骨作用，為骨結(jié)合和抗菌雙重目的提供了新思路。殼聚糖借助其帶正電荷的特點(diǎn)，吸附帶負(fù)電荷的藥物

10、，成為藥物載體。在鈦基底表面，采用層層自組裝技術(shù)， 制備出殼聚糖-海藻酸鹽-米諾環(huán)素的抗菌多層涂層。殼聚糖-海藻酸鹽涂層因其表面電荷而具有親水性，可產(chǎn)生生物靜力，在米諾環(huán)素完全釋放后仍具有抗菌能力。這種設(shè)計可抑制種植手術(shù)過程中細(xì)菌對種植體的即刻定植，從而預(yù)防和減少種植體周圍炎的發(fā)生。但殼聚糖仍存在長期控釋能力不足的缺點(diǎn)，有待進(jìn)一步研究。無機(jī)物無機(jī)抗菌素材料與傳統(tǒng)的有機(jī)抗菌劑相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，化學(xué)穩(wěn)定性，耐熱性和作用時間長。銀（Ag）、氟（F）、鋅（Zn）、鈣（Ca）、氯（Cl）、碘（I）、銅（Cu）、鋪（Ce） 或硒（Se）等可通過陽極氧化作用與鈦或羥基磷灰石涂層結(jié)合，需釋放到周圍組織中方能

11、發(fā)揮抑菌作用。其中，銀離子因強(qiáng)力的抗菌效果、良好的熱穩(wěn)定性、持久的抗菌效果，并對 細(xì)胞及組織無明顯毒性，尚未發(fā)現(xiàn)增加細(xì)菌耐藥性的風(fēng)險，因此受到部分學(xué)者的關(guān)注。銀的 主要抗菌作用是通過釋放 Ag+, Ag+與細(xì)菌細(xì)胞壁相互作用，干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性，使 蛋白質(zhì)失活和DNA裂解。Yoshinari等采用離子動態(tài)混合法制備銀改性純鈦表面，發(fā)現(xiàn)可有效減少牙齦口卜咻單胞 菌和放線桿菌的黏附。Ewald等通過物理氣相沉積在鈦表面獲得鈦/銀抗菌層，發(fā)現(xiàn)涂層表面表皮葡萄球菌和肺炎桿菌黏附明顯減少，而對上皮細(xì)胞和成骨細(xì)胞無毒性。Li等制備了負(fù)載銀的明膠微球，并將其與多孔鈦結(jié)合制成抗菌植入物。負(fù)載銀的表面能抑制

12、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌生長。明膠微球載體還可控制銀的釋放速率，達(dá)到較高的抗菌效果。通過殼聚糖涂層也能達(dá)到類似效果。Mishra等用硅烷錨定在鈦基表面形成殼聚糖-聚乙烯醇-銀涂層，殼聚糖作為緩釋載體，使Ag+長期持續(xù)釋放。Travan等利用雙酚 A-甲基丙烯酸縮水甘油酯及三乙二醇三甲基丙烯 酸酯，通過物理吸附的方式將銀 -殼聚糖混合液沉積在鈦基表面，體內(nèi)體外試驗(yàn)證實(shí)該涂層 能穩(wěn)定釋放銀及抗生物膜形成。銀具有抗細(xì)菌、真菌等優(yōu)點(diǎn)，但其諸多生物效應(yīng)的機(jī)制尚不 明確，且在體內(nèi)的緩釋作用時間、 如何控制銀離子的緩釋仍未解決，長期動物實(shí)驗(yàn)也比較少，如何確保銀納米顆粒的長期應(yīng)用對人體無不良反應(yīng)，減少其毒性，

13、仍需大量的實(shí)驗(yàn)室和臨床研究。石墨烯是一種由碳原子以 sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，具 有優(yōu)異的理化特性和生物相容性，是化學(xué)氣相沉積的經(jīng)典產(chǎn)物，但技術(shù)難點(diǎn)在于其在基體上的轉(zhuǎn)移。傳統(tǒng)的濕傳遞技術(shù)易使水留在涂層和基體之間，從而產(chǎn)生褶皺和裂縫。基于熱壓法的干傳遞技術(shù)解決了這一問題。同時也發(fā)現(xiàn)石墨烯涂層有良好的生物相容性，還能抑制變形鏈球菌和大腸桿菌的生物膜形成。Jin等通過電鍍和紫外光照射在鈦表面形成薄膜，將氧化石墨烯(graphene oxide , GO)與銀納米顆粒結(jié)合，對變形鏈球菌和牙齦嚇咻單胞菌具有 明顯的抑制粘附和生長的作用。此外，細(xì)胞活力與涂層中氧化石墨烯和銀的含量

14、成反比。Qiu等指出了 GO層數(shù)的重要性。與細(xì)胞-細(xì)菌共培養(yǎng)過的純鈦表面相比，氧化石墨烯 改性后的鈦表面具有更高的細(xì)胞表面覆蓋率。氧化石墨烯層數(shù)增加，活性氧含量增加，具有抗菌和成骨作用。Qian等研究了負(fù)載二甲胺四環(huán)素的氧化石墨烯，對金黃色葡萄球菌、變 形鏈球菌和大腸桿菌，氧化石墨烯直接接觸殺傷與鹽酸二甲胺四環(huán)素緩釋殺傷聯(lián)合作用，且無細(xì)胞毒性。抗生素局部給藥是一種對抗生物膜的有效方法，具有部分優(yōu)點(diǎn)。首先，局部高劑量不會引起任何全身毒性，可在特定的部位獲得較高療效。此外，局部提供抗生素可針對特定的種植周炎研制了各種表面涂層。抗生素病原體，防止產(chǎn)生耐藥性。為達(dá)到體外抗菌藥物控釋的目的,研制了各種表

15、面涂層。抗生素的應(yīng)用，最關(guān)鍵的要求是廣譜性和耐熱性，因?yàn)橥繉舆^程通常是在高溫下進(jìn)行的。慶大霉素抗菌譜相對較廣，還是一種罕見的耐熱抗生素，是應(yīng)用最廣泛的鈦涂層抗生素之一。此外， 頭抱菌素、卡芳西林、阿莫西林、頭抱曼多、妥布霉素、萬古霉素等也被應(yīng)用于種植體涂層。利用慶大霉素和納米球形顆粒化學(xué)裂解后共價接枝到鈦基表面，通過模擬感染后的酸性介質(zhì)環(huán)境，可調(diào)控慶大霉素的釋放，起到抑制金黃色葡萄球菌的作用， 但其生物活性方面還有待 驗(yàn)證。Rams等利用聚多巴胺涂層的鄰苯二酚結(jié)構(gòu)將抗生素頭抱曝的鈉接枝到鈦表面，具有良好的生物相容性，且可有效抑制大腸桿菌和變形鏈球菌的黏附和增殖。但抗生素涂層隨著藥物釋放，當(dāng)?shù)陀谧畹鸵种茲舛葧r