徠卡顯微鏡行業(yè)應(yīng)用 金相顯微鏡

前言：

背景Ti合金牙種植體*的成功應(yīng)用，在很大程度上取決于快速愈合過程材料與頜骨的安全結(jié)合（骨整合）[1]。Ti合金的表面形貌對牙種植體的*應(yīng)用的成功性至關(guān)重要。過去十年，為了改進骨整合過程，專家們致力于開發(fā)Ti種植體材料的處理方法[2]。zui近的研究發(fā)現(xiàn)，Ti合金種植體的理化改性，導(dǎo)致除骨形成反應(yīng)受到調(diào)節(jié)之外，細胞募集、黏附、炎癥和骨重建活動也受到顯著調(diào)節(jié)[3]。牙種植體應(yīng)用總體上取得了很大成功，大約96%留在患者體內(nèi)10年以上。圖1示出牙種植體（帶基臺和牙冠）置入口腔頜骨的一般過程。
近年來，人們針對種植體周圍牙質(zhì)組織感染（種植體周圍炎）提出了若干處理策略（機械、化學(xué)、物理化學(xué)等）[4]。種植體周圍炎是“種植體周圍的發(fā)炎過程，其特點為軟組織發(fā)炎和支持骨丟失”[5]。如果愈合過程允許發(fā)生骨整合，將人工基臺和牙冠安裝到牙種植體上，以取代缺失的牙齒。但如果種植體周圍牙齦和牙質(zhì)組織的炎癥是由細菌感染引起的，牙種植體將有可能發(fā)生骨丟失并發(fā)癥。有利的牙種植體特性，即氧化鈦有助于細胞黏附的高度反應(yīng)性，因細菌存在及其代謝活性殘留而改變。因此，受污染表面相當于異物，會加重種植體周圍軟組織炎癥和骨喪失。種植體周圍炎的處理涉及表面去污和清潔。適當使用這些不同的種植體周圍炎處理方法，或許可以使Ti合金表面改性，促進宿主對種植體的反應(yīng)[6]。本報告討論不同牙科處理方法對Ti合金種植體材料表面特性的影響，以及種植體周圍炎愈合過程這些處理方法是否可以加快牙種植體的骨整合。牙種植體骨整合耗時較長（3～6月），因此可以加快這種現(xiàn)象的表面改性將縮短愈合時間，降低失效率，并將患者的不適感降至zui低程度[7]。

表面粗糙度的影響：改進鈦種植體表面形貌，可以增強骨與種植體的接觸以及改進界面的力學(xué)性能[8–11]。在缺乏對照比較臨床試驗的情況下，累積的實驗證據(jù)支持使用表面形貌得到改進的鈦種植體[12]。
表面粗糙度已被確定為一個重要的參數(shù)，該參數(shù)與種植體材料錨定到骨組織的能力相關(guān)[13]。增大種植體材料表面粗糙度的方法多種多樣，zui常用的是：加工、噴砂、酸蝕、陽極氧化、激光改性，或上述技術(shù)的組合。此外，已根據(jù)其表面粗糙度平均值（Sa），即表面的平均峰高和平均谷深，將市售種植體分為四類：光滑（Sa < 0.5μm）、輕微粗糙（0.5μm < Sa < 1.0μm）、中度粗糙（1.0μm < Sa < 2.0μm）和粗糙（Sa > 2.0μm）[14]。另一個重要的參數(shù)是Sdar，它表示粗糙表面參照*平坦光滑的表面展開后的面積。根據(jù)Teughels等[15]，種植體表面粗糙度及其化學(xué)成分對菌斑結(jié)構(gòu)數(shù)量和質(zhì)量具有顯著的影響。zui后，目前沒有證據(jù)表明暴露于口腔的種植體表面將形成其成分取決于表面粗糙度的生物膜 [16–17]。種植體形貌如何表示和分類？Wennerberg簡要回顧了適用于牙種植體的形貌測量方法。為了解釋平均平面形貌要素的各向同性偏差，必須進行三維（3D）測量[18]。接觸式儀器，比如表面輪廓儀，會低估表面形貌尺寸。以鈦合金等軟材料制成的螺旋狀種植體，其評估光學(xué)儀器[19]。2D表面測量和表征的局限性，推動了高效實用的3D表面測量和表征技術(shù)的開發(fā)。借助三維技術(shù)可以更好地了解表面的功能狀態(tài)。
實驗方法：鈦合金改性工藝：

總共分析了25件圓柱形種植體（每種樣品5件，對照樣品+4種處理工藝），種植體原料為5號商業(yè)純（CP）鈦（Ti）合金（PM供應(yīng)商，LLC，EEUU），即Ti-6Al-4V（TAV），其成分為90% Ti、6% Al（鋁）和4% V（釩）。樣品直徑10mm、長5mm。以幾種不同的牙科常用方法處理種植體樣品的表面：

23. Giavaresi G, Ambrosio L, Battiston GA, Casellato U, Gerbasi R, Finia M, Nicoli Aldini N, Martini L, Rimondini L and Giardino R: Histomorphometric, ultrastructural and microhardness evaluation of the osseointegration of a nanostructured titanium oxide coating by metal-organic chemical vapour deposition: an in vivo study. Biomaterials 25 (25): 5583–91 (2004).

致謝

粗糙度分析：

以共聚焦3D光學(xué)表面測量系統(tǒng)（Leica DCM 3D）測量表面粗糙度，使用藍光照明以獲得較高的分辨率。獲得了每一個處理過程五種不同Ti合金種植體樣品的各種表面粗糙度參數(shù)（表1）。

結(jié)果與結(jié)論：

共聚焦顯微鏡（CM）獲得了Ti合金種植體對照樣品和各處理樣品的CM 2D和3D圖像數(shù)據(jù)。示例見下圖：Ti合金種植體樣品的共聚焦顯微鏡2D和3D形貌圖像，所測圖像的掃描面積為636μm×477μm。


掃描電子顯微鏡（SEM）能量色散X射線譜（EDS）
SEM和EDS數(shù)據(jù)顯示，碳酸氫鹽噴射拋光、四環(huán)素處理和光動力學(xué)療法處理的Ti合金樣品，其表面污染量比對照樣品（未改性的TiO2表面）大。但超聲處理的Ti樣品與對照樣品一樣潔凈，或比對照樣品更潔凈。
獲得了Ti合金種植體對照樣品和各處理樣品的SEM和EDS圖像數(shù)據(jù)。以下圖4為SEM圖像示例，顯示局部區(qū)域組成的EDS數(shù)據(jù)則載于表2。

表2A–E：Ti合金樣品表面局部區(qū)域組成的EDS分析數(shù)據(jù)，其中Kα為X射線測量值，σ為%wt濃度數(shù)據(jù)的標準偏差：A）對照樣品；B）碳酸氫鹽噴射拋光樣品；C）四環(huán)素處理樣品；D）超聲處理樣品；E）光動力學(xué)療法處理樣品。

粗糙度結(jié)果：

粗糙度分析側(cè)重于以CM獲得的Ti合金樣品數(shù)據(jù)，CM可測定三個重要的3D粗糙度參數(shù)值： Sa、Sq及Sdar。這些數(shù)據(jù)示于下文表3。

對拍攝于對照樣品（未改性）兩處不同區(qū)域的AFM圖像進行初步分析，結(jié)果表明，如果表面非常粗糙，其不同小區(qū)域的粗糙度值可能差異較大，因此AFM并非用于大面積測量的實用技術(shù)，而本研究的這類樣品需要這種測量。

總結(jié)和結(jié)論：

目前臨床上使用的Ti合金牙種植體具有各種各樣的表面特性（包括結(jié)構(gòu)特征和化學(xué)性質(zhì)）。上述表面改性保留種植體的關(guān)鍵物理性質(zhì)，只涉及其zui外層表面，zui終目標為實現(xiàn)所需的生物反應(yīng)。以上介紹了不同物理化學(xué)、物理和化學(xué)表面改性方法的優(yōu)劣。這些方法將幫助我們更好地了解種植體材料表面改性如何影響骨-種植體界面，以及如何在成功治療種植體周圍炎（種植體周圍牙質(zhì)組織感染）后的愈合過程中影響種植體骨整合優(yōu)化方法的制定。目前尚未*清楚表面粗糙度和化學(xué)性質(zhì)對骨整合的影響程度。具有臨床效果的理想粗糙度仍是個未知數(shù)[20–23]。
對于用四環(huán)素和光動力學(xué)療法改性的樣品，其形態(tài)受到鈦合金析出的金屬間顆?；瘜W(xué)侵蝕的影響。對于用噴射拋光和超聲處理改性的樣品，機理主要與力學(xué)相關(guān)。噴射拋光和光動力學(xué)療法處理樣品的表面粗糙度與對照樣品相似（基于Sa、Sq和Sdar值）。超聲和四環(huán)素處理樣品的表面粗糙度低于對照樣品。事實上，超聲處理可使表面明顯變得平坦。
碳酸氫鹽噴射拋光樣品的污染程度zui大（鹽殘留），其次為四環(huán)素和光動力學(xué)療法處理樣品，超聲處理樣品污染zui少。由于接觸到鹽（碳酸氫鹽）或化合物（四環(huán)素或甲苯胺藍），噴射拋光、四環(huán)素及光動力學(xué)療法處理的Ti合金樣品污染程度zui大，這是顯而易見的。超聲處理的樣品與對照樣品一樣潔凈，或比對照樣品潔凈，不過也存在少量的鐵（Fe），這些鐵可能來自超聲處理所用的鋼探頭。
可以通過合理使用這些牙科處理方法，zui大可能提高種植體周圍炎愈合過程Ti合金種植體與骨結(jié)合的概率。也許可以先使用光動力學(xué)療法或碳酸氫鹽噴射拋光（頻率較低，比如20kHz，功率亦較低）維持種植體的表面粗糙度，然后施以短暫輕微的超聲處理，或可有效凈化表面。
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