液相飞秒激光烧蚀法构建氧化锆功能化表面及其性能和机理研究

Zirconia dental implant has a great application prospect because of their favorable biocompatibility and aesthetic property. However, the percentage of osseointegration of zirconia implants with a smooth surface is lower than titanium implant. There is no ideal and effective approach to modify the surface of zirconia. Femtosecond laser is a non-contact clean technology which can quickly and accurately improve the surface properties of materials, with small damage. Our preliminary study found that the surface treatment of ZrO2 with femtosecond laser in the atmosphere gave rise to a microporous and stripe topological surface. To improve the osseointegration of zirconia dental implants, a nano-scale and bioactive surface of ZrO2 dental implants is expected by femtosecond laser ablation in liquid. The influence to the mechanical and biological property of the surface treatment, as well as the probable mechanism will be investigated. This study will help to clarify a new approach of zirconia surface treatment. It will reveal the logistic relationship of surface characteristics, mechanical and.biological property, and provide the experimental evidence for the extensive application of ZrO2 dental implants.

氧化锆(ZrO2)种植体因其良好的生物相容性和美观效果有较好的应用前景，但光滑ZrO2表面骨结合率较低，目前尚未建立成熟的表面处理技术。飞秒激光技术是一种非接触性的清洁技术，可快速、精确处理材料表面。本课题组前期利用飞秒激光在ZrO2表面制备了周期性多级粗糙形貌，对材料表面无损伤。为了进一步构建ZrO2种植体功能活性表面，加快骨结合，拟通过液相飞秒激光烧蚀法构建ZrO2多级拓扑结构粗糙表面及生物活性表面，研究表面改性对ZrO2种植体机械性能和生物学性能的影响及机制。这将有助于阐明一种成熟、理想的ZrO2种植体表面处理方式，为揭示ZrO2表面特征——机械性能——生物学性能及相关机理的逻辑关系，系统阐释ZrO2种植体骨结合理论，进而推动ZrO2种植体的临床应用提供实验依据。

氧化锆种植体因其良好的生物相容性和美观性具有良好的应用前景，但改善氧化锆种植体表面性能较钛种植体更难，目前尚未建立成熟的表面处理技术。本研究采用飞秒激光联合蒸发溶剂结晶法在氧化锆表面构建生物活性表面，并检测其机械性能及生物学性能。. 根据不同的表面处理方式随机分为3组：对照（CL）组、飞秒激光（FS）组和飞秒激光联合蒸发溶剂结晶（ESC）组。采用扫描电镜（SEM）观察氧化锆表面形貌及培养48小时后氧化锆表面细胞黏附数量；X射线能谱仪（EDS）检测氧化锆的表面化学成分；以X射线衍射仪（XRD）对氧化锆进行晶相分析；以傅里叶红外光谱仪（FTIR）对样品进行表面官能团检测；采用CCK-8试剂盒检测氧化锆种植体对大鼠间充质干细胞增殖活性的影响；采用万能力学试验机检测弯曲强度。采用 SPSS18.0 软件包对各组数据进行统计学分析。. SEM结果显示飞秒激光在氧化锆表面刻画出排列规则的沟槽，ESC组沟槽内仍可见颗粒状物质沉积；EDS结果显示ESC组沟槽内有钙磷沉积；XRD结果显示飞秒激光烧蚀不会造成氧化锆相变；FTIR结果显示ESC组表面有磷酸根基团存在，结合EDS结果可初步推测钙磷结合物为磷酸钙；CCK-8结果显示ESC组和FS组与CL组相比无明显促进细胞增殖作用；万能力学试验机测试结果显示三组氧化锆弯曲强度无统计学差异。. 综上所述，本研究项目得出以下结论：（1）飞秒激光联合蒸发溶剂结晶法可将羟基磷灰石以磷酸钙形式沉积至氧化锆表面，两者之间结合紧密；（2）飞秒激光联合蒸发溶剂结晶法处理氧化锆表面不会降低其弯曲强度；（3）利用飞秒激光联合蒸发溶剂结晶法处理的氧化锆表面未发现促进细胞增殖效果，有一定促进细胞黏附效果。 . 本课题从口腔临床与材料加工问题出发，探究飞秒激光技术在液体环境下对ZrO2表面形貌的影响，从成骨细胞的细胞行为研究机体对ZrO2表面形貌的细胞反应，从骨结合方面研究表面改性对生物学性能的影响，为建立新型的ZrO2表面处理技术提供实验和理论基础。