蔡洪楨 賀慧霞 王飛翔 張紹清 楊偉峰

鈦基材料表面等離子噴涂技術處理對人牙周膜干細胞生長的影響*

蔡洪楨 賀慧霞 王飛翔 張紹清 楊偉峰

目的：對比觀察鈦基材料表面經(jīng)等離子噴涂技術改性的鉭、鈦涂層對其生物特性的影響。方法：厚度為1mm的鈦板，經(jīng)噴砂、等離子鉭噴涂和等離子鈦噴涂表面改性，制備成 直徑1.5cm樣品。分為鉭涂層試件、鈦涂層試件和噴砂鈦試件共三組，樣品無菌處理后，分別接種分離純化的人牙周膜干細胞培養(yǎng)3天，掃描電鏡觀察各組材料表面細胞粘附和生長情況并拍片，采用Image J圖形軟件分析材料表面細胞被覆面積占比，評價材料的生物相容性。結(jié)果：與無細胞空白對照組比較，鉭涂層、鈦涂層及噴砂鈦各組試件表面均有細胞粘附生長，但粘附細胞形態(tài)、數(shù)量、增殖及細胞狀態(tài)有所不同。鉭涂層試件組材料表面細胞在低倍鏡下觀察呈片狀生長，突起鏈接形成雪花樣，平均密度高于噴砂鈦和鈦涂層試件組，高倍鏡見細胞在材料表面伸展充分，分泌基質(zhì)樣顆粒，并伸出偽足進入材料微孔內(nèi)，Image J圖像分析細胞面積平均百分比為33.05±1.48，顯著高于噴砂鈦試件組；鈦涂層試件組材料表面也有細胞粘附生長，細胞形態(tài)與鉭涂層試件組無明顯差別，但細胞面積平均百分比為21.92±1.39，雖不及鉭涂層試件組但明顯多于噴砂鈦試件組14.86±1.13；方差齊性檢驗顯示鈦涂層試件組與另兩組試件的組間有差異(P＜0.05)，噴砂鈦與鉭涂層試件組間具有顯著性差異(P＜0.01)。三者占比面積結(jié)果顯示：鉭涂層試件組＞鈦涂層試件組＞噴砂鈦試件組。結(jié)論：等離子噴涂表面改性促進了鈦基材料表面生物活性；等離子鉭噴涂表面改性 較鈦涂層及鈦噴砂處理具有更好的生物相容性。

鉭涂層；鈦涂層；噴砂鈦；等離子噴涂；人牙周膜干細胞

人工種植體與骨組織的結(jié)合能力與種植體表面的生物活性密切相關，而種植體表面生物活性與其表面材料種類、結(jié)構和生物特性有關[1-3]，后者對早期蛋白質(zhì)吸附起關鍵作用，對細胞粘附、增殖和分化影響很大，同時制約種植體-骨結(jié)合的早期效果[4-9]。在材料表面接種細胞，觀察其生長情況及形態(tài)特征，可反映材料表面的生物相容性，是材料生物相容性體外研究的常用方法之一[10,11]，細胞粘附是細胞與材料接觸后的首步反應，影響隨后的細胞行為，對細胞增殖、分化等起重要的調(diào)控作用[12,13]。本研究將體外培養(yǎng)并純化的人牙周膜干細胞(human Periodontal ligament stem cells ,hPDLSCs)接種于經(jīng)等離子噴涂技術制備的鈦基涂層表面，觀察在不同材料表面生長的hPDLSCs的形態(tài)及粘附、增殖情況，并分析材料表面細胞被覆面積占比，旨在探討鈦基材料表面經(jīng)鉭、鈦等離子噴涂改性對其生物相容性的影響，為下一步實驗提供依據(jù)。

1.實驗材料與方法

1.1實驗時間及地點 實驗于2016年期間在解放軍總醫(yī)院口腔醫(yī)學研究所完成細胞培養(yǎng)接種至固定，送中國中醫(yī)科學院醫(yī)學實驗中心研究室脫水干燥噴金并SEM掃描。

1.2實驗試件、試劑及儀器 試件：直徑為15mm厚度為1mm的鈦涂層、鉭涂層和噴 砂鈦試件(如圖1)依次用丙酮、乙醇 和蒸餾水超聲清洗各兩次，每次30min ，干燥后包裝，60Co照射30min 消毒滅菌，備用。

圖1 試件圖片(φ1.5cm)

試劑及儀器：胎牛血清、DMEM培養(yǎng)基、雙抗、胰蛋白酶均購自Hyclone公司。PBS液自配，配 方：NaCl 0.8g，KCl 0.2g，Na2HPO4 1.44g，KH2PO4 0.24g，均取自實驗室儲存柜，溶于1L雙蒸水中，調(diào)PH值至7.2，過濾分裝，高溫高壓滅菌備用。2.5%戊二醛，SEM超高分辨率場發(fā)射掃描電鏡(S-3400，日本)，倒置相差顯微鏡(Leica：德國)，圖像采集系統(tǒng)(OLYMPUS，日本)，超聲清洗機(昆山超聲儀器有限公司)，電子天平、磁力攪拌器及無菌細胞培養(yǎng)室標配(超凈臺，離心機，培養(yǎng)箱等)。

1.3細胞培養(yǎng)、實驗分組及方法

1.3.1 hPDLCs培養(yǎng)、hPDLSCs分離純化hPDLCs取因阻生18-25歲拔除的健康第三磨牙，參照文獻[14,15]采用組織塊法原代培養(yǎng)，簡述如下：無菌條件下刮取根中三分之一牙周膜，剪碎，離心棄上清液，置T25培養(yǎng)瓶，加含20%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基，在37℃、5%CO2、飽和濕度條件下培養(yǎng)，待細胞匯合達80%時，用0.25%的胰蛋白酶消化傳代，然后用有限稀釋法克隆化培養(yǎng)分離牙周膜干細胞并擴增[16,17]。

1.3.2實驗分組 以鉭涂層試件和鈦涂層試件為實驗組，噴砂鈦試件為對照組，3組樣品各取10個，每組隨機取9個用于本實驗，其中2個作為無細胞對照組，僅加培養(yǎng)基，另7個作為實驗組，表面接種hPDLSCs，繼續(xù)培養(yǎng)分組檢測。

1.3.3制備掃描電鏡樣本 將材料滅菌處理后按分組置12孔培養(yǎng)板中，將第6代hPDLSCs調(diào)整細胞密度為2×105/ml，輕輕吹打混勻后用微量加樣器接種到各試驗組材料表面，陰性對照組僅加完全培養(yǎng)基，每個樣本接種100ul小心移至培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4h，每孔再添加2ml完全培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)3天取材制作掃描電鏡標本。方法是PBS、雙蒸水漂洗后，加2.5%戊二醛置于4℃冰箱固定4h以上，棄戊二醛，用50%、70%、90%和100%乙醇梯度脫水，臨界點干燥1min，噴金，分別于掃描電鏡下觀察，并拍照。

1.3.4 圖像分析 對掃描電鏡所采集的相片運用ImageJ圖像分析儀進行分析，得到每組材料表面無細胞區(qū)占比面積，取平均值。方法是：每樣品隨機選6個視野分別在掃描電鏡下拍照，用ImageJ圖像分析軟件對所采集到的圖像進行轉(zhuǎn)換、降噪處理，進行二值化圖像分割，計算機數(shù)據(jù)處理，得出測定結(jié)果。評價方法：(1)計算材料和細胞之間細胞空白帶的面積，數(shù)據(jù)用均值加減標準差表示。(2)根據(jù)國際及我國醫(yī)療器械生物學評價標準[18]，細胞生長形態(tài)與細胞毒性程度的關系:1級，細胞形態(tài)正常，呈梭形或不規(guī)則三角形，貼壁生長良好，少量細胞皺縮(＜10%)；2級，細胞貼壁生長好，但可見少數(shù)細胞圓縮，偶見懸浮細胞，部分細胞皺縮(＜50%)；3級，細胞貼壁不佳，可見死細胞，大量細胞皺縮(＜90%)；4級，細胞基本不貼壁，90%以上為死細胞，大量細胞死亡(細胞存活率低于10%)。

1.4統(tǒng)計學分析 實驗結(jié)果用SPSS22.0 for Windows ImageJ圖文軟件對所拍攝的細胞圖形進行統(tǒng)計分析，計算不同材料組間的無細胞帶占比面積均值加減標準差表示，對實驗結(jié)果采用單因素方差分析，P＜0.01具有統(tǒng)計學意義，P＜0.01為差異有顯著性意義。

2.結(jié)果

2.1 hPDLSCs倒置相差顯微鏡下觀察 第3d原代培養(yǎng)瓶鏡下見組織塊周邊有細胞爬出，8d時見hPDLCs多呈不規(guī)則紡棰形或長梭形，放射狀排列，胞突細長，胞體豐滿，彼此間成星網(wǎng)狀形連接排列，胞漿均勻、豐富(圖2)；分離擴增的hPDLSCs在鏡下呈梭形或三角形或多角形，排列呈旋渦狀，細胞之間排列緊密(圖3)。

圖2 原代培養(yǎng)的hPDLCs (×40)

圖3 第4代hPDLSCs (×40)

2.2 細胞-材料掃描電鏡觀察 各無細胞材料組在掃描電鏡下見：噴砂鈦試件組表面粗糙，高倍鏡下有羽片狀突起和多孔狀結(jié)構，孔隙大小不等，鈦涂層試件組材料表面較為致密，呈熔融狀，表面呈不規(guī)則圓形熔巖樣突起，高倍鏡下突起大小形狀不等，有長短不一裂隙狀孔隙；鉭涂層試件組表面呈致密熔融狀，紋理更為細密、均勻，高倍鏡下見表面呈層狀或片狀或球狀突起，表面有大小不等微孔或裂隙狀孔。涂層試件未見缺失、脫落和斷裂現(xiàn)象(圖4)。各接種細胞試驗組材料表面均有細胞粘附、伸展，但粘附細胞形態(tài)、數(shù)量、增殖及細胞狀態(tài)有差異：噴砂鈦試件組細胞與材料表面的粘附多為帶狀或聚攏的球狀，細胞粘附較為稀少，可見少量松散的絲狀偽足，分布不均勻(圖5)，細胞生長形態(tài)評價標準為2至3級；鈦涂層試件組材料表面的細胞片狀粘附，部分細胞已經(jīng)產(chǎn)生板狀偽足，細胞粘附性增強，表面細胞的平鋪與伸展充分，并且細胞形態(tài)趨于一致，分布較均勻(圖6)，細胞生長形態(tài)評價標準為2級；鉭涂層試件組材料表面細胞低倍鏡下見呈雪片狀粘附，突起鏈接形成網(wǎng)狀，細胞總體分布均勻，數(shù)量明顯高于噴砂鈦試件組，高倍鏡見細胞在材料表面伸展充分，分泌基質(zhì)樣顆粒，并伸出偽足進入材料微孔內(nèi)，有促進細胞的粘附與生長的潛能，粘附面積最大，表面細胞的平鋪與伸展顯著，相互融合連接成片，形成細胞間連結(jié)，相比另外兩組試件明顯增加了與材料的粘附接觸及相互作用，材料表面細胞伸展和粘附完全，更有利于細胞的增殖，呈現(xiàn)出最佳的功能狀態(tài)(圖7)，細胞生長形態(tài)評價標準為1級。對比分析結(jié)果表明鉭涂層組試件材料更具良好的生物相容性，牙周膜細胞在三種試件材料表面的粘附及增殖比較結(jié)果:鉭涂層試件組＞鈦涂層試組件＞噴砂鈦試件組。

圖4 掃描電鏡下各組材料表面形貌

圖5 電鏡下對照組噴砂鈦片表面接種hPDLSCs圖像

圖6 電鏡下實驗組鈦涂層表面接種hPDLSC 圖像

圖7電鏡下實驗組鉭涂層表面接種hPDLSC圖像

2.3 細胞在材料表面占比面積分析 采用ImageJ圖文軟件，對掃描電鏡所采集的細胞-材料圖像每個試件隨機選10個視野進行細胞帶面積計算(圖8，9)，均值結(jié)果見表1：視野內(nèi)噴砂鈦、鈦涂層、鉭涂層試件表面細胞面積占所測面積比例依次依次增高(見表1)，平均值分別為：14.86士1.13、21.92士1.39和33.05士1.48。通過組間均數(shù)兩兩比較得出：鈦涂層試件組與另兩組材料的組間有差異(P＜0.05)，噴砂鈦試件組與鉭涂層試件組間具有顯著性差異(P＜0.01)，具有顯著統(tǒng)計學意義。所檢樣品細胞帶面積占比結(jié)果顯示：鉭涂層表面細胞面積最高，鈦涂層次之，噴砂鈦不及前兩者，說明鉭涂層材料更有利于細胞粘附和增殖。

圖8 各組材料表面細胞占比面積分析(紅色為無細胞帶)

3.討論

材料表面特性可直接影響細胞的生物學行為，因此，研究材料表面對細胞的反應可作為體外評價材料表面生物學特性的主要方法之一，對促進材料表面技術的改進有重要意義。已有研究[18,19]表明金屬鉭具有良好的理化特性和生物相容性，但鉭涂層作為一種在組織結(jié)構、化學構成上均可能與以往的生物鉭材料存在差異，為研究其是否仍具備醫(yī)用生物材料需要的良好生物相容性，趙冰凈等[20-23]研究發(fā)現(xiàn)不同的材料表面處理可以影響骨整合，同時影響細胞與種植體的界面反應，進而影響種植體周圍骨組織形成的質(zhì)量和速度；有學者用鉭、鈦等金屬做體外材料生物相容性實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鉭涂層良好的生物相容性優(yōu)于鈦及其他金屬生物材料[24,25]，本研究在經(jīng)不同處理的鈦材料試件表面進行人牙周膜干細胞培養(yǎng)，通過電鏡掃描，從細胞形態(tài)學進行分析對比，并采用ImageJ圖像分析軟件對所拍攝的相片進行無細胞帶面積計算，得到的實驗結(jié)果與上述各研究趨于一致。ImageJ圖像分析軟件是美國國家心理健康研究所開發(fā)的科學圖像分析工具，醫(yī)學領域主要用其來進行計數(shù)細胞數(shù)、分析電泳圖譜，特點是操作簡易、效果顯見且免費而被生物學、檢驗醫(yī)學、地質(zhì)學、金相學等多種研究領域廣泛應用[26]。

表1 三組材料表面細胞占比面積(n=6，)

表1 三組材料表面細胞占比面積(n=6，)

注：通過均數(shù)間的兩兩比較，鈦涂層組與另兩組的組間有差異(P＜0.05)，噴砂鈦與鉭涂層組間具有顯著性差異(P＜0.01)。

噴砂鈦 鈦涂層 鉭涂層Count Area(%) Count Area(%) Count Area(%) 1 2518 17.33±1.28 3886 25.79±1.47 6175 38.01±1.67 2 1609 11.39±1.07 2864 19.06±1.36 4784 28.96±1.37 3 971 10.64±0.06 1326 14.99±1.22 1904 24.82±1.27 4 1067 10.44±0.07 1923 14.13±1.28 2456 22.60±1.31 5 2566 19.82±1.29 4649 31.51±1.58 7825 46.78±1.88 6 2244 15.07±1.16 3664 24.41±1.46 6959 43.12±1.79 7 1716 19.33±1.25 3275 23.56±1.42 5 728 37.06±1.65 1787 14.86±1.13 3084 21.92±1.39 5119 34.48±1.48

種植體與骨組織界面的形成結(jié)構跟細胞的形態(tài)密切相連，對細胞的支持和保護有重大影響，是細胞的行為、活動、識別、粘附、生長分化等的基礎，因而研究種植材料表面處理形態(tài)對骨整合的影響可以從細胞水平做起[27]，可以通過體外材料表面接種、培養(yǎng)細胞，并觀察細胞形態(tài)變化和細胞在材料表面黏附增殖情況，來檢測細胞毒性程度,因此研究材料表面改性后形態(tài)特征對骨整合的影響也可以從細胞水平開始做起，有研究通過細胞毒性試驗發(fā)現(xiàn)鉭涂層材料毒性等級為0級，適于細胞黏附、增殖[28，29]，本實驗通過在鉭涂層、鈦涂層和噴砂鈦試件表面人牙周膜干細胞培養(yǎng)后的細胞形態(tài)在掃描電鏡觀察下進行觀察拍片并進行分析對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在相同實驗條件下，不同表面處理對細胞形態(tài)及粘附增殖有所不同，鉭涂層試件材料表面對人牙周膜干細胞形態(tài)的影響最小，試件表面的細胞空白帶面積最小，細胞粘附最多，形態(tài)最好，鉭涂層試件表面的細胞粘附和增殖能力優(yōu)于鈦涂層試件和顯著優(yōu)于噴砂鈦試件，本次體外材料細胞共培養(yǎng)實驗說明鉭涂層材料具有更加良好的生物相容性，可為后續(xù)細胞增殖分化奠定基礎，與Balla VK 等[30，31]的研究結(jié)果相似。

本實驗選擇目前臨床應用成熟產(chǎn)品噴砂鈦材料試件作為對照組，首次與鈦基鉭涂層試件和鈦涂層試件兩實驗組表面培養(yǎng)細胞的形態(tài)及粘附增殖差異進行組間兩兩比較。采用同一種純鈦材料，分別經(jīng)表面噴砂制成噴砂鈦試件與等離子噴涂處理技術制作成實驗材料鉭涂層試件和鈦涂層試件，在同一條件下接種在實驗組和對照組材料表面接種細胞，采用同一個檢測系統(tǒng)、以相同測試方法和標準進行檢測，以求最大限度消除實驗的誤差。本研究是在體外進行的細胞實驗，雖然能為體內(nèi)實驗提供實驗依據(jù)，但體外實驗環(huán)境畢竟不等同于體內(nèi)實際環(huán)境，兩者千差萬別，體外細胞相容性好雖必要但還不能充分證明材料適用于體內(nèi)，所以下一步還應進行相關體內(nèi)實驗，觀察材料在體內(nèi)的生物相容性情況，為后續(xù)實驗提供數(shù)據(jù)和材料準備，為新型人工牙種植體材料開發(fā)利用提供實驗依據(jù)。

綜上所述，人牙周膜干細胞能在噴砂鈦試件、經(jīng)等離子噴涂改性的鈦涂層試件和鉭涂層試件三組材料表面粘附、增殖，材料細胞毒性等級低，經(jīng)過分析對比，發(fā)現(xiàn)不同材料及表征是影響hPDLSCs早期粘附和增殖的主要因素之一，鉭涂層試件材料表面的hPDLSCs形態(tài)更良好，并可分泌大量細胞基質(zhì)樣顆粒，粘附更佳，更能維持hPDLSCs良好的功能活性，說明鉭涂層試件材料表征更優(yōu)，具有更好的生物相容性，可為后續(xù)實驗提供有效的實驗數(shù)據(jù)和依據(jù)。

[1] Collignon H, Davicco MJ, Barlet JP. Isolation of cells from ovine fetal long bone and chacterization of their osteoblastic activities during in vitro mineralization [J].Arch Physiol Biochem,1997,105(2):158-166

[2] Marinucci L, BalIoniS，Becchetti E, et al.Effect of titanium surface roughness on human osteoblast proliferation_ and gene expression in vitro[J].Int J Oral Maxillofac Implants,2006,21(5):719-725

[3] 蔡洪楨,賀慧霞.人工種植體表面改性方法研究進展[J].中華老年口腔醫(yī)學雜志,2016,14(4):237-241

[4] Bigerelle M,Anselme K,No?l B,et al.Improvement in the morphology of Ti-based surfaces: a new process to increase in vitro human osteoblastre sponse [J] . Biomateria is,2002,23(7):1563-1577

[5] Postiglione L,Di Domenico G,Ramaglia L,et al.Behavior of SaOS一2 cells cultured on different titanium surfaces[J].Dent Res,2003,82(9):692-699

[6] Mustafa K, Rubinstein J, Lopez BS,et al.Production of transforming growth factor beta1 and prostaglandin E2 by osteoblast-like cells cultured on titanium surfaces blasted with TiO2 particles[J].Clin Oral Implants Res.2003,14(1):50-56

[7] Han Y,Yan Y,Lu C,et al.Bioactivity and osteoblast response of the micro-arc oxidized zirconia films[J].J Biomed Mater Res A,2009,88(1):117-127

[8] Pan J, Liao H, Leygraf C,et al.Variatin of oxide films on titanium nduced by osteoblast-like cell culture and the influence of an H202 pretreatment[J].J Biomed Mater Res,1998,40(2):244-256

[9] Moroni A,Caja VL,Egger EL,et al.Histomorphometry of hydroxyapatite coated and uncoated porous titanium bone implants[J].Biomaterials,1994,15(11): 926-930

[10] Balto HA.Attachment and morphological behavior of human periodontal ligament fibroblasts to mineral trioxide aggregate: a scanning electron microscope study[J].J Endod,2004,30(1):25-29

[11] Camilleri J,Montesin FE,Papaioannou S,et al.Biocompatibility of two commercial forms of mineral trioxide aggregate[J].Int Endod,2004, 37(10): 699-704

[12] Dalby M, Di Silvio L, Harper EJ,et al.In vitro adhesion and biocompatability of osteoblast-like cells to poly (methylmethacrylate) and poly (ethylmethacrylate) bone cements[J].J Mater Sci Mater Med,2002,13(3):311-314

[13] Grigoriou V, Shapiro IM, Cavalcanti-Adam EA,et al. Apoptosis and survival of osteoblast-like cells are regulated by surface attachment[J].J Biol Chem,2005,280(3):1733-1739

[14] 司徒鎮(zhèn)強,吳軍正.細胞培養(yǎng)[M].第2版,西安:世界圖書出版公司,2007:58-59

[15] 黃南楠，梁煥友，唐 倩，等．組織塊法培養(yǎng)原代人PDLCs技術的新探討[J／CD].中華口腔醫(yī)學研究雜志：電子版,2009,3(1):10-16

[16] 封 艷，牛巧麗，尹宏斌,等.有限稀釋克隆法培養(yǎng)分離人牙周膜干細胞實驗研究[J].新疆醫(yī)科大學學報,2014,37(8):898-994

[17] Seo BM,Miura M,Gronthos S,et al.Investigation of multipotent postnatal stem cells from human periodontal ligament[J].Lancet,2004,10-16;364(9429):149-155

[18] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 16886.5-2003.醫(yī)療器械生物學評價第5部分:體外細胞毒性試驗[S].北京:中國標準出版社,2003

[19] Cohen R.A porous tantalum trabecular metal:basic science[J]. Am J Orthop (Belle Mead NJ),2002,31(4):216-217

[20] Bobyn JD,Poggie RA,Krygier JJ,et a1.Clinical validation of a structural porous tantalum biomaterial for adult reconstruct ion[J].J Bone Joint Surg Am,2004,86-A Suppl 2:123-129

[21] 趙冰凈,趙 悅,曲 爍,等.鈦表面不同處理對成骨細胞生長影響的實驗研究[J].口腔頜面修復學雜志,2009,10(5):265-268

[22] Chen J,Zhang F,Shi Y,et a1.Preparation of hydroxyapatitecontaining titania film on the surface of pure titanium by micro-arc oxidationtechnique[J].Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi,2008,25(1):127-130

[23] Keller JC,Schneider GB,Stanford CM,et a1.Effects of implant microtopography on osteoblast cell attachment[J]. Implant Dent,2003,12(2):175-181

[24] Rosa AL,Beloti MM.Rat bone marrow cell response to titanium and titanium alloy with different surface roughn ess[J].Clin Oral Implants Res,2003,14(1):43-48

[25] Li Y,Wei S,Cheng X,et a1.Corrosion behavior and surfaceCharacterization of tantalum implanted Ti Ni alloy[J]. Surf Coat Technol,2008,2(23):17-22

[26] Balla VK,Bodhak S,Bose S,et a1.Porous tantalum structures fo r bone implants: fabrication, mechanical and in vitro biological properties[J]. Acta Biomater,2010,6(8):3349-3359

[27] Sole A,Mas J,Esteve J.A new method based on image analysis for determing cyanobacterial biomass by CLSM in stratied benthic sediments[J].Ultramicroscopy, 2007,107:669-673

[28] 趙震錦,張 羽中,張 揚,等.表面粗糙度對種植體鈦片表面成骨細胞的影響[J].解剖科學進展,2008,14(2):178-182

[29] 李 矛，段永宏，尹大宇，等．等離子噴涂鉭涂層人工假體生物相容性研究[J].中國矯形外科雜志，2011,19(4)：320-324

[30] 段永宏.鉭涂層人工假體界面特性及生物學特性的研究[D].西安：第四軍醫(yī)大學，2011

[31] Zhang Y M，Bataillon—Linez P，Huang P,et a1.Surface analyses of micro—arc oxidized and hydrothermally treated titanium and effect on osteoblast behavior[J]. J Biomed Mater Res A,2004,68(2):383-391

[32] Balla VK,Banerjee S,Bose S,et a1.Direct laser processing of a tantalum coating on titanium for bone replacement structures [J].Acta Biomater, 2010,6(6):2329-2334

The plasma spraying technology on titanium bases surface treatment on the effects of the human periodontal ligament stem cell growth

CAI Hong-zhen,HE Hui-xia,WANG Fei-xiang,ZHANG Shao-qing,YANG Wei-feng.
(Department of Stomatology,Chinese PLA General Hospital and Chinese PLA Medical School,Beijing 100853,China)

Objective: To compare the eff ects of tantalum and titanium coating on the biological properties of titanium based materials. Methods: The titanium plates, 1 mm thickness, have been modifi ed by sandblasting, plasma spraying on the surface, and preparation the specimen into 1.5 cm diameter disc .It is divided into three parts: tantalum coating specimen, titanium coated specimen and sandblasting titanium sample,. Moreover, we select 7 samples from each sets and aseptic technique, then respectively inoculated the human Periodontal ligament stem cells for 3 days. Scanning electron microscope display the adhering and growing conditions of the cells on all those materials, and analysis the material area covered by cells( by SPSS22.0 Image J), then evaluate the biocompatibility of the material. Results: Comparing with the cell-free controlling groups, the experimental group s all own the growth and adhesion of cells, but their morphology, quantity and velocity of proliferation of cells are diff erent. At the low magnifi cation, the cells on tantalum coating surface protuberant link snow pattern formation, the numberis signifi cantly higher than sandblasting titanium group. At the high magnifi cation, the cells on tantalum coating surface stretch in the material surface, and secrete matrix sample particles, moreover, they extended pseudopodia into the microporous material. The mean values about the area percentage of cells is 33.05±1.48, signifi cantly higher than that of sand blasting titanium group; Titanium material surface coating group also has the growth of the cells, and the cells morphology show no signifi cant diff erence with tantalum coating group, but the area percentage of cells is 21.92±1.39, relatively less than tantalum coating group, but more than sandblasting titanium group. F test show that titanium coating group and the other 2 groups are diff erent(P＜0.05), sandblasting titanium and tantalum coating has a signifi cant diff erence between groups (P＜0.01). according to the results: tantalum coating group＞titanium coating group ＞sandblasting titanium group. Conclusion: Plasma spraying and surface modifi cation could promote the biocompatibility of titanium base material. Plasma spraying tantalum coating surface modifi cation has better biocompatibility than titanium coating and sandblasting processing.

tantalum coating; titanium coating;sandblasting titanium; plasma-spraying technique; human periodontal ligament stem cells

R781.4

A

1672-2973(2017)01-0027-06

2016-07-26）

國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃) (項目編號: 2015AA033502)全軍后勤科研計劃重大項目(項目編號：AWS14C007)

蔡洪楨 解放軍總醫(yī)院口腔醫(yī)學研究所 碩士生 北京 100853

賀慧霞 通訊作者 解放軍總醫(yī)院口腔科 主任醫(yī)師 副教授 北京 100853

王飛翔 解放軍總醫(yī)院口腔醫(yī)學研究所 碩士生 北京 100853

張紹清 解放軍總醫(yī)院口腔醫(yī)學研究所 碩士生 北京 100853

楊偉峰 中國中醫(yī)科學院醫(yī)學實驗研究室 副教授 北京 100700