多孔TiO2涂层增强氧化锆种植体骨整合性能的机制研究

为解决氧化锆种植体生物活性不足和骨整合能力有限的问题，研究人员通过水浴反应和高温烧结在氧化锆表面构建多孔TiO2涂层。该涂层显著提升表面粗糙度和亲水性，促进MC3T3-E1细胞增殖、铺展及成骨分化，动物实验证实其可增强骨再生和种植体-骨结合强度。该研究为改善氧化锆种植体临床性能提供了新策略。

　　

牙齿缺失和牙列缺损严重影响患者生理和心理健康，而氧化锆(ZrO₂)种植体因其优异的机械性能和美学特性成为钛合金的替代材料。然而，氧化锆的生物惰性导致其骨整合速度慢、失败率高，传统表面改性方法又可能损害机械强度或涂层结合力。针对这一临床难题，首都医科大学附属北京口腔医院的研究团队创新性地开发了一种多孔二氧化钛(TiO₂)涂层技术，相关成果发表在《RSC Advances》上。

研究团队采用水浴反应结合高温烧结的技术路线，将预烧结氧化锆浸入不同浓度的氧氯化锆(ZrOCl₂)和纳米TiO₂混合溶液，通过调控水解特性形成多孔结构。利用扫描电镜(SEM)观察表面形貌，X射线衍射(XRD)分析物相组成，接触角测试评估亲水性，三点弯曲实验检测机械强度。体外实验采用MC3T3-E1细胞评估生物活性，通过CCK-8、活死染色、细胞骨架染色和qRT-PCR分析细胞行为；体内实验通过大鼠股骨植入模型结合Micro-CT和组织学分析评估骨整合效果。

3.1 表面表征

通过调控ZrOCl₂浓度(1-2 mol/L)成功制备孔隙率18.36%-43.08%的多孔涂层，SEM显示涂层与基底形成无裂纹的Ti-Zr混合界面。XRD证实涂层为金红石相TiO₂，接触角最低达25.3°，粗糙度提升至1.84 μm，三点弯曲强度保持>900 MPa，结合强度达56 MPa以上。

3.2 细胞存活与增殖

活死染色显示多孔涂层组细胞存活率>95%。TO₃组(最高孔隙率)培养5天后细胞增殖活性较对照组提高2.3倍，细胞铺展面积显著增大，伪足延伸更充分。

3.3 体外成骨分化

TO₃组碱性磷酸酶(ALP)活性在第7天达对照组的3.2倍，钙结节形成量增加4.5倍。qRT-PCR显示Runx2、OCN等成骨基因表达显著上调，其中骨钙素(OCN)表达量提升6.8倍。

3.4 体内骨整合评估

Micro-CT显示TO₃组植入8周后骨体积分数(BV/TV)达68.7%，显著高于对照组的32.5%。组织学观察到新生骨直接接触涂层表面，Masson染色显示成熟胶原纤维网络形成。

该研究创新性地通过可控水解策略在氧化锆表面构建强结合的多孔TiO₂涂层，首次证实孔隙结构可通过增加比表面积和表面能双重机制促进成骨分化。相比传统喷砂酸蚀或HA涂层技术，该方法在保持机械性能的前提下将骨整合效率提升2倍以上，为生物惰性陶瓷的表面功能化提供了新思路。未来通过调控TiO₂晶相(如引入锐钛矿相)或结合3D打印技术，有望进一步优化涂层的生物学性能。