張華英， 趙雨薇， 于海洋

口腔疾病研究國家重點實驗室國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心四川大學華西口腔醫(yī)院修復科，四川 成都（610041）

目前臨床種植體?骨結合率（bone?implant con?tact，BIC）為40%～70%［1］。對于骨質疏松或糖尿病等危險系數(shù)較高的患者來說，采用噴砂、微弧氧化、等離子噴涂、陶瓷化處理等表面改性方法提高骨結合的效果是可選的方案［2?3］。這些表面處理技術都是應用于種植體生產階段，而對生產定型后的成品種植體無法進行上述常規(guī)表面處理。由于術前設計與術中患者實際情況不符、骨質變化、多顆種植、導板誤差等原因，有時會因對成品種植體增加攻絲、更改方案內容等而意外延長種植體暴露時間，而部分品牌種植體本身就無抗氧化包裝，文獻報道鈦種植體一旦暴露在空氣中就會發(fā)生表面鈍化，鈦表面的生物活性會隨暴露時間的增加而逐漸下降，保存4 周后的鈦表面即可充分老化［4］。因此，在椅旁對成品種植體選擇進行無損的表面活化，也是一個可行的方案。紫外線（ultraviolet，UV）介導的光功能化技術已被認為是一種有效的表面改性方法，UV 光功能化可以重新獲得活性表面，利于實現(xiàn)鈦種植體更好更快的骨結合，提高種植體的穩(wěn)定性，實現(xiàn)更高、更均勻的BIC，提高種植手術的成功率，適合椅旁使用，應用方便［5］。為了全面了解UV 光功能化對鈦種植體生物活性的影響，本文對椅旁UV 光功能化種植體的研究進展作一綜述。

1 UV 光功能化技術的活化機制

1997 年，Wang 等［6］證實UV 光催化可以使TiO2膜表面產生超親水性，此后UV 照射作為一種新的表面處理技術用于提高種植體生物活性。而UV光功能化概念上是指UV 照射后鈦表面物理化學性質的變化和生物學能力的提高?，F(xiàn)有研究結果表明UV 光功能化使TiO2氧化膜產生超親水性表面的機制主要有兩個：①親水性—由于TiO2介導的光功能化去除了疏水層的碳氫化合物或其他含碳物質，導致水與清潔的TiO2表面互相吸引；②UV照射將TiO2表面電子從價帶激發(fā)到導帶，Ti4+離子轉化為Ti3+離子，從而產生氧空位，氧空位具有強氧化性，可以把吸附在TiO2表面的OH?和H2O 分子氧化成·OH 自由基，·OH 自由基可以將TiO2表面的碳氫化合物氧化成CO2和H2O［6?7］。UV 處理通過改變鈦表面的物理化學性質，將鈦表面的疏水性轉變?yōu)槌H水性。該方法已大量應用于環(huán)境工程和微生物學等領域［8?11］。

2 UV 光功能化技術對鈦表面特性的影響

鈦表面的生物活性會隨著暴露時間的推移而下降，新鮮制備的純鈦表面為超親水性，而老化鈦表面形成一層TiO2氧化膜，表現(xiàn)為疏水性［12］，經UV 光功能化后可形成具有0°接觸角的高度親水親油表面［13?14］。X 射線光電子能譜分析結果表明，UV 光功能化技術可使鈦表面碳元素含量明顯下降，由35%～55%［15?18］降至低于20%，與新鮮制備的鈦表面相當［19?20］（表1）。無論紫外線的持續(xù)時間和強度如何，總能量為2 000 mJ/cm2是實現(xiàn)最高生物活性所需的最小能量［21］。這些研究數(shù)據(jù)表明，UV光功能化技術可增加鈦表面的表面能、增加親水性、降低碳氫化合物含量，且不會改變表面形貌，這種變化對于后續(xù)的細胞增殖、分化和骨結合能力都至關重要。

3 UV 光功能化技術對細胞生物學行為的影響

鈦表面生物活性的下降也稱為生物老化［19，22］。保存4 周后的鈦表面生物活性明顯下降，早期減弱的生物學過程對隨后成骨細胞的功能表達會產生不利影響［4］。老化鈦表面帶負電，不會主動與帶負電的細胞相互作用，而是需要離子橋（特別是二價陽離子）來吸引細胞［4，23?24］。UV 光功能化的鈦表面帶正電，可作為細胞黏附的化學吸引劑，與帶負電的細胞相互作用［4］。多項研究表明，親水性程度和生物學潛能之間沒有明確的相關性［4，22，25］。Iwasa 等［25］通過去除表面電荷或用陰離子處理來改變鈦表面的靜電狀態(tài)，電荷中和前后鈦表面均保持超親水性，但電荷中和前鈦表面的細胞黏附明顯增強。這項研究證實在調節(jié)生物活性方面，UV 光功能化鈦表面的靜電狀態(tài)是決定鈦表面生物活性（尤其是細胞黏附能力）的關鍵因素。UV 光功能化鈦表面生物活性提高表現(xiàn)為蛋白吸附能力增強，早期細胞黏附增加至老化鈦表面的2～4 倍，細胞增殖提高2 倍，成骨細胞堿性磷酸酶活性和礦化結節(jié)面積提高2 倍［19，26?28］，促進細胞骨架發(fā)育［29］（表1）。

UV 光功能化使鈦表面帶正電荷，將更多的帶負電荷的蛋白質和成骨細胞帶到鈦表面，碳氫化合物的減少有助于細胞黏附，促進細胞增殖，從而加速和增強骨形成［28，30］。同時，UV 光功能化可以促進磷灰石在鈦表面的沉積，從而進一步增加成骨細胞的增殖和分化。

4 UV 光功能化技術對種植體骨結合的影響

近年來，關于UV 光功能化種植體的體內研究成為熱點。很多種植體病例因較低的BIC 或種植體?骨界面的破壞性改變而失?。?1］。研究表明，UV 光功能化的種植體與骨之間幾乎沒有軟組織介入，種植體周圍有大量的新生骨生成，在愈合第4 周時BIC 即可達到最大化（近100%），經UV光功能化的種植體在3 周和8 周時具有更高的骨密度和更多的骨組織附著［22，32?33］，種植體周軟組織的生物封閉性能增強［34］。種植體生物力學測試表明，UV 光功能化技術使種植體穩(wěn)定性提高4 倍［22］。UV 光功能化種植體可降低早期失敗的風險，甚至在極差的條件下也可以保證更快、穩(wěn)定的骨結合［35］。已有學者證實UV 光功能化的種植體在2 型糖尿病大鼠及骨質疏松大鼠體內骨結合良好，可達到或高于正常的骨結合水平［36］，實現(xiàn)快速的骨結合（表1）。

表1 UV 光功能化前后鈦表面的變化Table 1 Changes in titanium surface before and after UV photofunctionalization

此外，UV 光功能化技術可增強種植體的機械固位。Ishijima 等［37］評估了UV 光功能化對老年大鼠種植體骨結合的影響。愈合兩周后，UV 光功能化的微型種植體具有更高的旋出力矩。UV 光功能化技術是提高BIC、促進骨結合過程、增強種植體穩(wěn)定性的一個可行方法，在基礎研究和臨床研究中均具有重要價值。

5 椅旁UV 光功能化技術處理種植體的臨床應用現(xiàn)狀

目前臨床上可用的親水性種植體都儲存于特定的溶液中［1］，UV 光功能化或將其保存在介質中均可以誘導或保持種植體表面的親水性，促進骨愈合過程并實現(xiàn)早期骨整合。UV 光功能化種植體與這些種植體之間的區(qū)別在于：UV 光功能化種植體表面是干燥、清潔的，而不是濕潤的或伴有離子、分子的表面，儲存在介質中可導致種植體表面異物沉積，并且沒有消除鈦表面的碳氫化合物。此外，介質儲存的方法在促進成骨細胞黏附和擴散方面的作用不如UV 光功能化［38］。因此UV 光功能化技術是提高種植體表面生物活性更安全的方法。

Funato 等［39］報告了第一例UV 光功能化種植體的臨床研究，在2.5 年的隨訪期內，UV 光功能化種植體組（222 顆）的種植體穩(wěn)定系數(shù)（implant stabili?ty quotient，ISQ）每月增長量為2.0～8.7，而未經處理種植體組（168 顆）的ISQ 每月增長量僅為?1.8～2.8。UV 光功能化種植體所需的平均愈合時間為3.2 個月，而常規(guī)種植體約為6.5 個月。UV 光功能化種植體和常規(guī)種植體的成功率分別為97.6%和96.3%。

Hirota 等［40］研究發(fā)現(xiàn)，在初始穩(wěn)定性極低和/或骨量不足的情況下，UV 光功能化種植體仍能實現(xiàn)更快、更高的骨結合。在常規(guī)和復雜（骨增量、即刻種植等）情況下，UV 光功能化種植體的7 年成功率為100%［40］，但對于口腔癌患者，由于口腔癌相關的治療導致頜骨受到病理生理上的損害，頜骨切除后使用腓骨重建部位的骨質差，不易產生骨結合。使用顆粒松質骨和骨髓進行頜骨重建部位的種植體也極易發(fā)生種植體周圍炎，即便是使用UV 光功能化種植體，其成功率也僅為22.2%［41］。這表明UV 光功能化不是一種在任何情況下都能實現(xiàn)成功骨結合的全能技術，對于口腔癌患者要慎重選擇可靠的種植治療。

UV 光功能化可增強機械加工和噴砂酸蝕種植體表面的骨結合能力，顯著降低早期種植失敗的風險［42］，該技術有望推廣至其他表面類型的鈦種植體。

6 小 結

綜上，UV 光功能化種植體的表面處理方法可在牙科、面部和整形外科等領域的植入治療中廣泛應用。UV 光功能化增強骨結合歸因于超親水性的產生、表面碳氫化合物的顯著減少以及鈦表面靜電狀態(tài)的改善。這些表面性質的變化導致成骨細胞的增殖、黏附、分化和整體表達增加。但生物活性增強的基礎機制、超親水性和碳氫化合物去除等相互作用的的機制還亟待進一步探索。因此，還需要進一步的研究來充分了解UV 光功能化的作用。

【Author contributions】Zhang HY wrote the article. Zhao YW, Yu HY revised the article. All authors read and approved the final manu?script as submitted.