張晨秋，王柏翔，王慧明

種植體周?chē)资菍?dǎo)致種植失敗的重要原因，而種植體表面菌斑與生物膜的附著與種植體周?chē)酌芮邢嚓P(guān)。在種植體植入初期的6 h內(nèi)若是細(xì)菌粘附先于種植體周?chē)M織的結(jié)合，細(xì)菌將逐漸形成生物膜[1]。生物膜的形成有助于細(xì)菌更好地?cái)z取營(yíng)養(yǎng)并且逃避宿主免疫系統(tǒng)的攻擊及抗菌藥物的作用[2]。因而傳統(tǒng)的抗生素使用常常對(duì)生物膜無(wú)能為力，而對(duì)于無(wú)法控制的種植體周?chē)祝コN植體成為唯一的選擇，這不僅給患者造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，更給患者帶來(lái)了巨大的精神痛苦。

種植體表面抗菌技術(shù)多種多樣。制備抗菌涂層是一種防止微生物聚集與粘附的有效途徑，其可以通過(guò)表面分子的抗菌性，或通過(guò)釋放離子與抗菌素等途徑達(dá)到目的[1,3]。另外種植體表面改性也是一種重要的手段。本文擬對(duì)種植體表面抗菌技術(shù)的研究進(jìn)展作一綜述。

1 微量元素類(lèi)

1.1 銀抗菌涂層

銀與銀化合物可以通過(guò)損傷細(xì)胞內(nèi)酶的功能，干擾微生物的呼吸作用，破壞細(xì)胞膜等方式起到抑制微生物繁殖的作用；亦可通過(guò)光催化反應(yīng)起到殺菌效果[4]。

制備銀抗菌涂層的方法有多種，包括離子動(dòng)態(tài)混合法、物理氣相沉積、熱噴涂技術(shù)、磁控濺射技術(shù)、溶膠凝膠技術(shù)、微弧氧化技術(shù)等[5-7]。

目前隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米銀作為一種新材料，具有極大的比表面積、小尺寸效應(yīng)與量子尺寸效應(yīng)，同時(shí)具有廣譜抗菌性與細(xì)菌對(duì)其無(wú)耐藥性等優(yōu)點(diǎn)[7]，具有廣泛的臨床應(yīng)用前景。馬千里等[8]通過(guò)陽(yáng)極氧化與電沉積法將納米銀顆粒結(jié)合于TiO2納米管陣列中，取得了良好的生物活性與抗菌性能。

1.2 鋅與氧化鋅抗菌涂層

鋅作為人體重要的微量元素之一，在合成DNA，提高酶與核酸代謝活性方面都發(fā)揮著重要的作用，同時(shí)具有一定的抗菌作用[9-10]。其抗菌的作用機(jī)制有不同假說(shuō)，包括溶出抗菌學(xué)說(shuō)、接觸抗菌學(xué)說(shuō)、光催化抗菌學(xué)說(shuō)。其中光催化抗菌學(xué)說(shuō)認(rèn)為鋅的氧化物受紫外線或可見(jiàn)光激活可釋放出大量自由基，從而發(fā)揮滅菌作用[11]。因而鋅的氧化物也表現(xiàn)出了良好的生物相容性與抑制革蘭陽(yáng)性菌和革蘭陰性菌的能力[12]。

封偉等[13]用電解氧化技術(shù)在純鈦表面制備含Zn的活性涂層，結(jié)果顯示隨著涂層鋅含量的增加粘附的細(xì)菌逐漸減少。Memarzadeh等[14]的研究表明納米氧化鋅涂層顯示出了優(yōu)秀的抗菌性與生物相容性，是種植體理想的涂層材料。郝宇等[9]在純鈦表面制備了含有微量鋅元素的形貌均一的微納米網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，較之傳統(tǒng)的大顆粒噴砂酸蝕處理(sand-blasted large grit acid-etched，SLA)擁有更高的抗菌率。

1.3 銅抗菌涂層

銅有獨(dú)特的生物、化學(xué)、物理性質(zhì)，具備一定的抗菌活性，而且價(jià)格低廉。適量的銅無(wú)細(xì)胞毒性，并且有一定的抗菌性能?？咕繉俞尫诺你~離子通過(guò)直接或間接作用以及超氧化物的形成，導(dǎo)致細(xì)菌呼吸作用的停止以及DNA的分解[15]。但是銅在空氣中被快速氧化的特性限制了其應(yīng)用。

李慕勤等[16]的實(shí)驗(yàn)表明在50 ℃的環(huán)境下鍍銅3 min，形成較為適宜的銅元素含量與較強(qiáng)的涂層結(jié)合力，涂層的抗菌率達(dá)到98.3%，具有理想的抗菌效果。

1.4 氟與氟化物抗菌涂層

許多研究證實(shí)，氟影響骨形態(tài)發(fā)生蛋白的生物活性，使成骨細(xì)胞的活性得到增強(qiáng)，破骨細(xì)胞功能受到抑制，氟化物具有一定的抗菌性能[10]。氟與氟化物的抗菌機(jī)理可能是氟元素降低了細(xì)菌在種植體表面的粘附，氟元素協(xié)同抗菌活性基團(tuán)向材料表面遷移作用的結(jié)果[17]。

Yoshinari等[18]通過(guò)離子注入的方式將氟離子導(dǎo)入純鈦表面，該涂層顯示了對(duì)牙齦卟啉單胞菌與放線桿菌良好的抗菌性。該研究推測(cè)抗菌作用的原理為表面氟與金屬的結(jié)合使細(xì)菌的活性降低。

2 有機(jī)抗菌劑與具有抗菌作用的載體

2.1 洗必泰納米抗菌涂層

洗必泰作為一種廣譜的抗菌藥物在臨床上應(yīng)用廣泛，在口腔領(lǐng)域里主要的用途是外科手術(shù)前的含漱與局部清潔，但是由于其溶解度高，所以抗菌的持久性差，在口腔內(nèi)通常只能發(fā)揮短期的抗菌功效。

Wood等[19]利用洗必泰六偏磷酸鹽納米材料作為涂層，實(shí)驗(yàn)顯示其具有持久的緩釋效應(yīng)，洗必泰的釋放時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)99 d，對(duì)鏈球菌屬具有良好的抑菌效應(yīng)，并且在獲得性薄膜中可以更好的發(fā)揮功效。

2.2 抗菌肽(antimicrobial peptide，AMP)涂層

AMP是一類(lèi)廣泛存在于自然界生物體中的小肽物質(zhì)，作為機(jī)體先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分，抗菌肽在對(duì)細(xì)菌、真菌、寄生蟲(chóng)、腫瘤細(xì)胞等具有廣泛的抑制作用。隨著越來(lái)越多的對(duì)抗生素具有耐藥性微生物的出現(xiàn)，AMP在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣闊。抗菌肽的作用機(jī)制復(fù)雜，目前提出的假說(shuō)包括抗菌肽與細(xì)胞膜相互作用、抗菌肽有干擾靶標(biāo)的能力，但這些假說(shuō)都是針對(duì)部分抗菌肽作用作出的解釋，其抗菌作用機(jī)理有待更深一步的研究[20]。

Yazici等[21]設(shè)計(jì)出一種具有形成堅(jiān)固表面涂層與抗菌性的雙功能的AMP，并對(duì)其抗菌性能作出評(píng)價(jià)，納入評(píng)價(jià)的微生物包括變異鏈球菌、葡萄球菌屬及大腸埃希菌，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該種鈦表面的抗菌性能顯著提升。

2.3 二氧化鈦與其作為載體的應(yīng)用

二氧化鈦已經(jīng)被證明具有良好的彎曲強(qiáng)度及生物相容性，而且與其他促進(jìn)成骨的材料，例如氧化鋁等相比，二氧化鈦還具有一定的抗菌性能[22]。其抗菌性能主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是在紫外光的激發(fā)下，二氧化鈦產(chǎn)生光生電子與光生空穴，與細(xì)胞直接發(fā)生反應(yīng)；第二是間接反應(yīng)，光生電子和光生空穴與水反應(yīng)產(chǎn)生的活性氧具有一定的細(xì)胞殺傷作用[23]。

另外，隨著藥物緩釋技術(shù)的發(fā)展，二氧化鈦納米管作為良好的藥物加載材料，擁有廣闊的臨床應(yīng)用前景。Tang等[24]應(yīng)用凍干法與真空干燥法將慶大霉素加載于二氧化鈦納米涂層當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示載有慶大霉素的二氧化鈦納米涂層的抗菌活性顯著高于對(duì)照組中二氧化鈦涂層。

2.4 可降解類(lèi)抗菌涂層及其作為載體的應(yīng)用

許多學(xué)者將可降解材料作為種植體表面抗菌涂層的理想材料，原因是其在生物體內(nèi)的可降解性，并且理論上隨著可降解材料的分解與所結(jié)合抗菌物質(zhì)的釋放，種植體周?chē)奈⑸锟杀挥行б种?，保證了種植體的骨結(jié)合。相關(guān)的可降解材料包括聚乳酸、硅溶膠凝膠、殼聚糖等[25]。

殼聚糖作為典型的可降解材料，屬于多糖的一種，廣泛地存在于各種生物當(dāng)中，顯示出廣譜抗菌活性，良好的生物相容性，以及在生理環(huán)境中的可降解性。因而殼聚糖可以作為敷料、骨組織替代材料、組織工程支架等廣泛應(yīng)用于臨床當(dāng)中。Shi等[26]利用殼聚糖與RGD肽段結(jié)合制成抗菌涂層，實(shí)驗(yàn)顯示該涂層可以抑制金黃色葡萄球菌的粘附，促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖與粘附。

聚乳酸是理想的綠色高分子材料，可以生物降解。Kalicke等[27]利用聚左旋乳酸作為載體，結(jié)合抗生素(利福平3%，富西酸7%)或者防腐劑(奧替尼啶2%，氯苯酚8%)，結(jié)果顯示該涂層對(duì)于金黃色葡萄球菌有良好的抗菌性，且生物毒性較低。

2.5 羥基磷灰石(hydroxyapatite,HA)作為載體的應(yīng)用

HA由于具有良好的生物相容性及生物活性，在種植體涂層中有著廣泛的應(yīng)用，其本身不具有抗菌性，但是可以作為抗菌成分的良好載體。

Memarzadeh等[28]將妥布霉素與HA結(jié)合，取得了良好的抗菌性，但其局限性是妥布霉素釋放的速度過(guò)快。此外，HA還可以作為洗必泰、銀、萬(wàn)古霉素等多種抗菌成分的載體[29-30]。

3 表面改性

種植體表面的性質(zhì)，例如粗糙度、化學(xué)性質(zhì)、親水性、表面能、傳導(dǎo)性、表面電勢(shì)等，對(duì)于細(xì)菌初期的粘附、聚集有著重要的影響，通過(guò)改變種植體表面特性對(duì)于降低細(xì)菌的粘附與聚集有著重要的意義。

3.1 紫外線處理

紫外線處理可以改變純鈦表面活性。de Avila等[31]實(shí)驗(yàn)研究表明經(jīng)過(guò)紫外線照射處理后的鈦表面由疏水性變?yōu)槌H水性，雖然整體的細(xì)菌活性并沒(méi)有受到影響，但是處理后鈦表面粘附的細(xì)菌顯著少于未處理組。此外紫外線處理后的表面成骨性能也有顯著地提高。Kim等[32]利用比格犬制作臨界一壁骨缺損模型，紫外線處理的種植體表面結(jié)合植骨表現(xiàn)出了良好的成骨效果。綜上，紫外線處理是一種經(jīng)濟(jì)而有效的種植體表面改性途徑。

3.2 種植體表面粗糙度的改變

種植體表面微觀上的粗糙程度影響著蛋白質(zhì)與細(xì)菌的附著。種植體表面粗化可以分為宏觀的表面粗化與微觀的表面粗化。宏觀的表面粗化以毫米級(jí)別衡量，例如螺紋形態(tài)等。微觀表面粗化以微米、亞微米甚至納米級(jí)別衡量[33]。

微米層面上，以SLA為例，SLA采用噴砂技術(shù)形成表面20～40 μm不規(guī)則的起伏，后采用酸蝕技術(shù)，使表面形成直徑為2 μm的微孔，這樣的結(jié)構(gòu)有利于蛋白質(zhì)的粘附[34]。

納米層面上，種植體表面納米級(jí)的粗糙結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)骨結(jié)合，減少種植體初期的微動(dòng)。Singh等[35]利用超音速沉積相關(guān)技術(shù)精確控制表面納米結(jié)構(gòu)的厚度，數(shù)據(jù)顯示在表面的納米結(jié)構(gòu)超過(guò)20 nm后，隨著粗糙程度的增加，蛋白質(zhì)吸附水平隨之增加，而細(xì)菌粘附與生物膜的粘附水平則隨之下降。另外，納米結(jié)構(gòu)的形貌也影響著種植體的抗菌效果，Cao等[36]的研究表明種植體表面納米級(jí)的“袋形”結(jié)構(gòu)可以有效殺滅細(xì)菌單體，延遲細(xì)菌生物膜的形成。

綜上所述，種植體表面抗菌技術(shù)的最終目的是：誘導(dǎo)自然的骨結(jié)合進(jìn)而增強(qiáng)種植體的穩(wěn)定性；改善種植體周?chē)h(huán)境加強(qiáng)軟組織的結(jié)合；通過(guò)破壞細(xì)菌在種植體表面的粘附減少種植體周?chē)?。種植體表面抗菌技術(shù)只是在種植體結(jié)合不理想與種植體抗菌性較差的情況下作為輔助手段，所以不能過(guò)分強(qiáng)調(diào)種植體的抗菌性能而忽視了其生物相容性與誘導(dǎo)成骨的性能。目前種植體表面的抗菌技術(shù)也存在許多問(wèn)題，以種植體表面抗菌涂層為例，其與種植體的結(jié)合不夠穩(wěn)定，遠(yuǎn)期效果有待觀察，制備過(guò)程復(fù)雜等等，并且大多數(shù)研究尚處于體外實(shí)驗(yàn)階段，臨床實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)比較缺乏，此外對(duì)于許多抗菌物質(zhì)的作用機(jī)理目前尚不明確。雖然種植體表面抗菌技術(shù)的研究尚處于初級(jí)階段，但其發(fā)展迅速，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。