多尺度表面显微结构对氧化锆种植体疲劳性能的影响与调控机制

Implant restoration becomes the best method of tooth replacement. The prefabricated standardized titanium implants commonly used sometimes may have esthetics problems. Zirconia implant is hopeful to solve these problems. Our research group designed an yttria-doped tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP) implant fabricated using CAD/CAM technology. Preliminary animal experiments and fatigue tests have showed the significant influence of surface treatments on osseointegration and fatigue strength of this implant. Based on the analysis of previous literature and the present results, optimizing surface treatment and zirconia material will be the key to determining the reliability of this zirconia implant. And further study about the action mechanism behind the effect of surface treatment and zirconia material is necessary..This research plans to replace yttrium oxide with alkaline earth metal to stabilize tetragonal zirconia, use nano-sized zirconia material to fabricate zirconia implants, and then use sandblasting and femtosecond laser to modify the surface of zirconia implants, to obtain an implant surface with both microscale and nanoscale microscopic roughness. The aims of this study are to explore the influence of different surface treatments and zirconia materials on osseointegration and fatigue property of zirconia implants and its mechanism, using crystallography analysis, fractography, animal experiments and fatigue tests. Y-TZP, sandblasting and femtosecond laser surface treatment are used as control. On the basis of this study, osseointegration and fatigue property of zirconia implants can be synthetically regulated in the aspects of surface treatments and zirconia materials. And we can optimize the zirconia implant’s design and fabrication, and establish scientific basis for realizing nationalization and translation to clinical application in the future.

种植修复是缺失牙修复的最佳治疗方式，但常用的钛种植体颜色不佳，可能极大影响美学效果，氧化锆种植体颜色更接近天然牙，能有效解决此问题。本课题组设计的一种CAD/CAM钇稳定氧化锆种植体，经动物实验和疲劳试验表明，表面处理对骨结合和疲劳性能均有显著影响，从目前结果和既往文献分析，优化表面和改良材料是提高氧化锆种植体可靠性的关键，且不同表面处理对疲劳性能的影响机制需深入研究。.本项目拟利用氧化镁代替氧化钇来稳定氧化锆，以纳米氧化锆材料加工种植体，通过喷砂加飞秒激光处理获得微观多尺度表面，以常用的钇稳定氧化锆和喷砂、激光处理表面为对照，通过对晶相、断口特征和疲劳性能的综合研究，探索不同表面处理方式对两种材料氧化锆种植体疲劳性能的影响及其机制。结合体外、体内骨结合效果研究，实现从表面处理和材料两方面综合调控氧化锆种植体疲劳性能和骨结合性能，为将来实现CAD/CAM氧化锆种植体的临床转化建立科学基础。

种植修复是缺失牙修复的最佳治疗方式，但常用的钛种植体颜色不佳，可能极大影响美学效果，氧化锆种植体能有效解决此问题。优化表面和改良材料是提高氧化锆种植体可靠性的关键，近年来激光表面处理技术被引进种植体表面处理的领域，与喷砂、酸蚀等传统的种植体表面处理技术相比，激光是一种非接触性表面处理技术，具有极佳的可设计性、精准可控、高度重复性、表面洁净度优良等特点，但不同表面处理对氧化锆种植体疲劳性能的影响机制尚需深入研究。.通过本项目，我们深入探索了飞秒激光刻蚀氧化锆表面的参数及方法，获得了兼顾良好微纳结构和力学强度的氧化锆微观形貌，实现了对氧化锆表面显微形貌的精准建构，为飞秒激光在种植体、基台表面处理等方面的应用提供有力参考。我们分别通过飞秒激光、喷砂、喷砂加酸蚀等方法，获得了多尺度表面显微结构的氧化锆试件及种植体，明确了表面处理对氧化锆疲劳强度的影响，结果表明钇稳定氧化锆强度显著优于镁稳定氧化锆；结合表面微观形貌、粗糙度、晶相转变、晶粒尺度、断口特征分析，揭示了表面处理对氧化锆疲劳强度的微观影响机制；通过细胞增殖活性检测和动物实验，明确了不同表面显微结构对Y-TZP种植体的骨结合性能有显著影响。本项目研究成果为氧化锆种植体的表面显微形貌设计和材料的选择丰富了循证依据，有助于提升氧化锆种植体骨结合性能和疲劳性能之间良好的匹配性，并为今后深入研究激光刻蚀氧化锆微纳表面及临床转化建立了坚实基础。.本项目共产出SCI论文4篇、中文核心期刊论文2篇，研究成果被国际氧化锆种植体知名研究团队Kohal教授课题组纳入系统性文献综述（Materials, 2020），并被牙科材料学顶级期刊Dental Materials正面引用。授权1项发明专利、1项实用新型专利，1项专利目前在实质审查阶段；培养研究生6人，在国内、国际学术会议上汇报交流5次，获北京市优秀医师奖1项、中华口腔医学会新蕾奖1项。本项目的实施推进了课题组研究的突破性进展，为国内外相关领域的研究提供了重要参考，培养了研究团队，很好地实现了项目预期目标。