生物相容性液体灌注钛表面在流动腔和3D植入体-组织-生物膜体外模型中对口腔生物膜粘附的抑制作用

为解决牙科种植体易受细菌定植导致感染的问题，研究人员开发了一种基于激光结构化钛表面涂覆硅油的液体灌注表面(LIS)技术。该研究通过HOBIC流动腔模型和INTERbACT 3D共培养模型证实，PDMS100涂层可使口腔多菌种生物膜减少55-95%，且不引起细胞毒性或促炎反应。这项发表于《Bioactive Materials》的成果为预防种植体周围感染提供了新型生物相容性解决方案。

　　

牙科种植体在恢复牙齿功能方面发挥着重要作用，但它们的表面容易受到口腔细菌的定植，进而引发难以治疗的种植体周围感染。据统计，德国每年植入的130万颗牙科种植体中，超过25%在五年内会发生感染。这个问题的核心在于种植体基台——它必须穿过牙龈组织，长期暴露在包含数百种细菌的口腔环境中。这些微生物会形成结构复杂的生物膜，对抗菌物质产生耐受性，并引发持续的炎症反应，最终可能导致种植体脱落。

面对这一临床挑战，汉诺威医学院(Department of Prosthetic Dentistry and Biomedical Materials Science, Hannover Medical School, Hannover, Germany)的研究团队在《Bioactive Materials》上发表了一项创新研究。他们开发了一种基于液体灌注表面(Liquid-Infused Surface, LIS)技术的生物相容性钛种植体表面改性方法，灵感来源于食肉植物猪笼草的捕虫机制。这种方法通过超短脉冲激光在钛表面制造微米级钉状结构，然后涂覆医用级硅油(PDMS)，形成一层稳定的液体薄膜，能够显著减少细菌粘附而不产生毒性。

研究人员采用了多项关键技术：通过接触角测量和共聚焦显微镜评估了不同润滑剂组合的表面特性；使用HOBIC流动腔系统模拟唾液冲刷条件下的多菌种生物膜形成；建立INTER_bACT 3D共培养模型来研究植入体-组织-生物膜的相互作用；通过ELISA检测细胞因子分泌评估炎症反应。

研究结果分为几个重要部分：

在"水排斥性和高稳定性的硅油灌注钛"部分，研究发现未经功能化处理的钉状结构涂覆PDMS100硅油(100 cSt)表现最佳，在生理液体中保持稳定超过7天，接触角滞后<2.5°，满足LIS技术要求。

"硅油灌注钛的生物膜排斥特性"部分显示，PDMS100涂层使静态培养的口腔共生链球菌(S. oralis)生物膜减少95%，在模拟唾液流动的HOBIC模型中使多菌种生物膜减少55%。重要的是，这种效果源于细菌粘附力的降低而非杀菌作用。

"与硅油灌注钛直接接触的完整软组织"部分证实，PDMS100涂层不引起口腔角质形成细胞或牙龈成纤维细胞的细胞毒性，在INTER_bACT模型中与人工口腔黏膜共培养20天未增加IL-1β、TNF-α等促炎因子的分泌。

"植入体-组织-生物膜界面的排斥特性"部分发现，在48小时共培养后，LIS改性表面的人类细胞覆盖面积减少50%，但细菌附着仅占1%，验证了其"表面竞争"理论中的优势。

这项研究的结论具有重要意义：开发的医用级钛LIS表面在模拟口腔复杂环境的体外模型中展现出持久的生物膜排斥特性，同时保持良好的生物相容性。这种方法不同于传统的抗菌策略，通过物理方式减少细菌粘附而不引起耐药性风险。研究采用的INTER_bACT 3D模型首次实现了对植入体-组织-生物膜三重界面的综合评估，为未来种植体表面改性的临床前研究提供了新工具。虽然仍需进一步验证其在口腔机械应力下的长期稳定性，但这项技术为预防种植体周围感染提供了有前景的新思路，有望在未来转化为临床应用。