三株口腔常见念珠属真菌对钛材料的腐蚀影响及机理

Oral microorganisms are one of the key factors leading to corrosion of titanium implant materials in oral environments, up to date most of the studies about microbiologically influenced corrosion were aimed to typical oral bacteria Oral. but studies about the effect of oral fungi on the corrosion of titanium implant materials are rather scarce, and the corrosion mechanism is unclear though the fungi are one type of the main oral microorganisms. In this project, three strains of oral prevalent Candida species will be chosen as the target-fungi, the attachment and formation of biofilm on titanium implant materials will be investigated by atom force microscopy and fluorescence, and then the evolution law of the biofilm structure and water channel will be studied by 3D reconstruction after the biofilm is observed and photographed by confocal laser scanning microscope, and their effects on the corrosion of titanium materials will be studied by open circuit potential,potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy,scanning electron microscopy,X-ray photoelectron spectroscopy etc..Based on these, the similarities and differences of three strains of oral prevalent Candida species in the corrosion of titanium alloy and the otherness of the same strain fungus in the corrosion of different titanium alloy will be discussed.The role and mechanism for three strains of oral prevalent Candida species in the corrosion of titanium materials will be elucidated by combination of thermodynamic and kinetic analysis. The research results of this project will help to further study the mechanism of titanium alloys in more complex oral microbial community environments.

口腔微生物是导致钛植入材料腐蚀的关键因素之一，目前口腔微生物腐蚀研究主要集中于典型口腔细菌；而作为口腔环境中的另一类主要微生物菌群，真菌对钛植入材料腐蚀影响研究甚少，腐蚀机理尚不清楚。本项研究拟通过选择三株口腔常见念珠属真菌，利用原位原子力显微镜和荧光染色技术研究它们生命活动过程中在钛植入材料表面的吸附、形态变化及成膜规律；利用激光共聚焦显微镜对生物膜进行观察并摄片，通过三维重建探明不同时期膜结构及水分子通道的变化规律；并利用开路电位、动电位、电化学阻抗谱技术、扫描电镜、光电子能谱等分析其对钛植入材料的腐蚀影响，弄清三株不同念珠属真菌在钛材腐蚀中的异同点及同一株真菌对不同钛材腐蚀影响的差异性，结合热力学研究及动力学分析从分子水平揭示三株口腔常见念珠属真菌在钛材表面的作用机理。结果有助于深入研究钛材在多菌群复杂口腔环境中的腐蚀机理，为更好地研究及选择、应用口腔钛植入材料奠定基础。

随着生活物质的日益丰富，人类饮食发生了很大变化，这导致了大量牙科疾病的发生，其中多数患者都牵涉到牙科植入物。当前钛（Ti）及其合金是口腔植入材料的主力军，钛材植入后有接近15 年的存活率；之所以具有如此高的使用寿命，主要因为其表面钝化膜的形成，然而，处于钝态的钛及钛合金仍有一定的反应能力, 即钝化膜的溶解和修复(再钝化) 处于动平衡状态，此时，外界环境尤其微生物存在时很容易改变其动态平衡，对其溶解起到加速或抑制的作用。钛及钛合金在口腔环境中的溶解会导致唾液成分发生变化，可能对人体存在潜在危害，但口腔微生物对常用口腔植入钛及其合金的腐蚀影响虽有报道，其在微生物存在时腐蚀规律及机理尚不清晰。.本研究选取了三株典型口腔真菌（白色念珠菌（C. albicans）, 近平滑念珠菌(C. parapsilosis) 和热带假丝酵母( C. tropicalis )），研究了其对口腔植入材料的腐蚀影响。发现三株真菌均存在不同程度的局部腐蚀影响，真菌在合金表面定植并形成生物膜，造成局部酸性环境，同时阻碍生物膜内的真菌与外界环境进行物质交换，形成局部缺氧环境。而在本体溶液中，氧的浓度较大，形成氧浓差电池。同时，真菌的酸性代谢产物也可以加速金属离子的溶解，真菌的生物膜具有加速电子传递的作用。因此，阳极反应为金属的溶解，阴极反应为氧气的还原，最终由生物膜传递电子，导致金属的口腔植入材料的局部腐蚀加剧，从而使口腔中存在微量的Ti、Al、V、Ni、Zr等元素，这些元素会进一步改变人体体液环境。另外，三株典型口腔真菌对钛材虽然均存在腐蚀加速的作用，但腐蚀速率也存在明显的差异，不同的形态对腐蚀的影响也有明显区别。该研究结果从腐蚀角度为评价口腔植入材料生物相容性提供了思路。