银纳米颗粒增强钛基纳米复合材料的合成及其在牙科应用中的性能研究

《Results in Materials》：Synthesis and Morphological Characterization of Silver Nanoparticles Reinforced Titanium-Based Nanocomposites for Dental Applications

本研究针对钛基牙科植入体长期骨整合不足和感染风险等问题，通过球磨-烧结法制备了银纳米颗粒（AgNPs）增强的TiO2纳米复合材料。结果表明，AgNPs的引入使材料洛氏硬度提升至36，表面粗糙度优化至3.41 μm，且结晶度降低至35%，显著增强了抗菌性能与骨结合能力。该研究为开发高性能牙科植入材料提供了新策略。

　　

随着全球人口老龄化加剧，口腔健康问题日益凸显，其中牙齿缺失已成为最常见的健康挑战之一。目前，牙科植入体作为替代天然牙齿的主流解决方案，主要采用钛及其合金材料，因其具有优异的机械性能、耐腐蚀性和生物相容性。然而，钛基植入体在长期使用中仍面临两大难题：一是骨整合（osseointegration）效果不足，导致植入体与骨骼结合不牢固；二是易引发植入体相关感染，严重影响患者康复。

为突破这些瓶颈，纳米技术提供了新思路。纳米材料因其独特的物理、化学和生物特性，在生物医学领域展现出巨大潜力。例如，银纳米颗粒（AgNPs）具有卓越的抗菌性能，能通过释放银离子破坏细菌结构，抑制酶活性，从而有效杀灭病原体；同时，银纳米颗粒还能促进软组织整合和骨生成。其他纳米材料如氧化锌、氧化铜、氧化锆等也被证实能增强植入体的生物活性和抗菌效果。尽管已有研究探索纳米材料在牙科中的应用，但如何通过绿色合成方法制备高性能钛基纳米复合材料，并系统评估其机械与形态特性，仍是当前研究的空白点。

在此背景下，来自孟加拉国IUBAT国际大学的研究团队在《Results in Materials》发表论文，报道了通过绿色合成法从Alocasia indica植物中提取银纳米颗粒，并将其与二氧化钛（TiO₂）复合，制备出新型牙科植入材料。研究通过球磨-烧结工艺成功制备了纯TiO₂、TiO₂-2%AgNPs和TiO₂-3%AgNPs三种纳米复合材料，并系统分析了其硬度、表面粗糙度、化学结构、微观形貌和结晶特性。

关键技术方法包括：通过高能球磨实现AgNPs与TiO₂的均匀混合；采用冷压（220 MPa）与烧结（800°C、4小时、氩气氛围）工艺成型；利用洛氏硬度仪、表面粗糙度仪、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、场发射扫描电镜（FESEM）和X射线衍射（XRD）进行性能表征。

3.1 硬度分析

随着AgNPs添加量的增加，纳米复合材料的硬度显著提升。TiO₂-3%AgNPs样品（样本3）的洛氏硬度达到最大值36，较纯TiO₂样本明显提高。研究表明，AgNPs的引入形成物理交联点，阻碍材料位错运动，同时纳米颗粒能有效承载外部负荷，提升整体力学性能。

3.2 粗糙度分析

表面粗糙度测试显示，TiO₂-2%AgNPs样品（样本2）的平均粗糙度（Ra）最高（3.41 μm），而样本3的最低（2.40 μm）。AgNPs的高比表面积和易团聚特性导致材料表面形成微孔结构，增加了粗糙度。较高的粗糙度有利于骨细胞附着，促进骨整合，但也可能增加细菌黏附风险。

3.3 FTIR分析

FTIR光谱在1112 cm^-1处出现C-O键伸缩振动峰，1617 cm^-1处为Ti-OH键特征峰，表明材料表面存在羟基团，有助于光催化性能。2876 cm^-1和3405 cm^-1处的吸收峰分别对应C-H和-OH键，反映了绿色合成AgNPs引入的有机组分。

3.4 FESEM分析

FESEM图像显示，样本1和2表面存在微孔结构，是导致粗糙度升高的主要原因；样本3表面较为致密。高分辨率图像中可见AgNPs均匀分布在TiO₂基体中，未出现明显团聚，证实了球磨工艺的有效性。

3.5 结晶度分析

XRD图谱中，样本1的结晶度为42%，而样本2和3分别降至40%和35%。AgNPs的加入削弱了晶体峰强度，降低了材料结晶度。低结晶度有助于增强离子导电性和抗菌活性，但可能对机械强度产生一定影响。

研究表明，通过绿色合成AgNPs增强的TiO₂纳米复合材料，在硬度、表面形貌和生物活性方面均表现出优异特性。AgNPs的引入不仅提升了材料的力学性能，还通过降低结晶度和增加表面粗糙度，增强了抗菌能力和骨整合潜力。该工作为开发下一代牙科植入材料提供了重要理论与实践依据，尤其在解决感染和骨结合难题方面具有广阔应用前景。