多孔二氧化钛涂层氧化锆的制备及其促成骨性能研究

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，研究人员通过水解-烧结法制备了具有不同孔隙结构的多孔TiO2涂层氧化锆。该涂层显著提升了表面粗糙度和亲水性，体外实验证实其促进MC3T3-E1细胞增殖、铺展及成骨分化，体内实验进一步验证了优异的骨整合效果，为氧化锆种植体的功能化改性提供了新策略。

　　

牙齿缺失和牙列缺损严重影响患者的生理和心理健康，而氧化锆(ZrO₂)因其优异的机械性能和美学特性成为钛种植体的替代材料。然而，氧化锆的生物惰性导致其骨整合速度较慢，增加了种植手术失败率。传统表面改性方法如喷砂酸蚀虽能提高粗糙度，但可能损害机械强度；而羟基磷灰石(HA)等涂层又存在热膨胀系数不匹配导致的结合强度不足问题。如何在不影响机械性能的前提下增强氧化锆的生物活性，成为临床应用的重大挑战。

北京口腔医院（首都医科大学附属）的研究团队创新性地通过水解-烧结法制备了多孔TiO₂涂层氧化锆，相关成果发表在《RSC Advances》。研究人员将预烧结氧化锆浸入含ZrOCl₂和纳米TiO₂的混合溶液，通过调控ZrOCl₂浓度（1-2 mol/L），在1450°C烧结后形成孔隙率18.36%-43.08%的涂层。关键技术包括扫描电镜(SEM)表征表面形貌、三点弯曲试验评估机械强度、CCK-8法检测细胞增殖，以及大鼠股骨植入模型评价体内骨整合效果。

3.1 表面表征

SEM显示随着ZrOCl₂浓度增加，涂层孔隙率显著提高（TO₃组达43.08%），EDS线扫描证实形成了Ti-Zr混合界面层。XRD证实涂层为金红石相TiO₂，水接触角测试显示TO₃组亲水性最佳（接触角最低），表面粗糙度达1.84±0.04 μm。三点弯曲强度测试表明涂层处理未显著影响基体强度（P>0.05），结合强度测试显示所有组别均超过临床要求的15 MPa。

3.2 细胞存活与增殖

活/死染色显示各组细胞存活率>90%。CCK-8检测发现TO₃组培养5天后细胞增殖活性最高（P<0.05），细胞骨架染色显示其促进MC3T3-E1细胞充分铺展。研究表明孔隙结构通过增加比表面积和机械嵌锁作用，显著提升细胞粘附。

3.3 体外成骨分化

TO₃组表现出最高的碱性磷酸酶(ALP)活性和钙结节形成量（P<0.05）。qRT-PCR显示其Runx2、OCN等成骨基因表达量较对照组提升2-3倍，证实多孔结构通过激活β-catenin等通路促进成骨分化。

3.4 体内骨整合评估

微CT显示植入8周后TO₃组骨体积分数(BV/TV)较对照组提高58%，组织学观察到新生骨与植入体直接接触。Masson染色显示胶原纤维有序排列，证实多孔结构促进血管化和骨组织长入。

该研究通过创新性的水解-烧结工艺，在氧化锆表面构建了兼具高结合强度（56.04±0.22 MPa）和可控孔隙结构（最高43.08%）的TiO₂涂层。这种改性不仅保留了氧化锆的机械性能（三点弯曲强度>1000 MPa），还通过三重机制增强骨整合：① 多孔结构提供细胞生长空间；② Ti-OH基团促进蛋白吸附；③ 粗糙表面激活细胞力学信号传导。相较于传统喷砂处理或HA涂层，该方法解决了涂层脱落和强度下降的临床痛点，为氧化锆种植体的表面功能化提供了可规模化生产的新方案。未来通过引入氧化物调控TiO₂晶相（如制备更具生物活性的锐钛矿相），有望进一步优化骨整合效果。