面向牙种植体的新型锆基非晶合金的成血管性能研究

作     者：王霏斐 孙玉春 郑付 陈虎 武云舒 WANG Feifei;SUN Yuchun;ZHENG Fu;CHEN Hu;WU Yunshu

作者机构：北京大学医学部医学技术研究院100191 北京大学口腔医学院口腔医院正畸科 北京大学口腔医学院口腔医院·数字化研究中心口腔修复教研室国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心国家卫生健康委口腔医学计算机应用工程技术研究中心口腔数字医学北京市重点实验室 

基　　金：国家重点研发计划(2019YFB1706904) 首都科技领军人才培养工程项目(Z191100006119022) 

出 版 物：《现代口腔医学杂志》 (Journal of Modern Stomatology)

年 卷 期：2023年第37卷第4期

页      码：237-243页

摘      要：目的Ti是一种惰性金属材料,植入骨中后存在着生物活性低,骨结合所需时间长等问题。而锆基非晶合金因其独特的原子排列结构可兼具高强度、低模量的力学性能优势与良好的生物相容性。同时,不同的构成元素可以赋予锆基非晶合金不同的个性差异,实现性能优化。为探索锆基非晶合金作为口腔种植材料的应用前景,本研究构建一种新的锆基非晶四元合金,其成型直径可满足种植体的加工要求,并以Ti为对照,比较其压缩断裂强度、生物相容性及促血管生成能力,以检测新型锆基非晶合金作为口腔种植材料的应用潜力。方法以Inoue对非晶合金(bulk metallic glasses,BMG)体系研究的经验准则为依据,设计成分体系为Zr-Cu-Al-Nb。使用铜模吸铸法对具体成分比例进行筛选,得到成型直径≥5 mm的成分比例。确定成分为(Zr_(60)Cu_(26)Al_(14))_(100-x)Nb_(x)(x=1,3,5 at.%)(ZrBMG),采用X射线衍射仪(X-Ray diffraction,XRD)、透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)验证样品非晶结构;采用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)验证样品的元素组成;确定Zr-BMG可满足种植体加工及检测要求。以Ti为对照,进行室温单轴压缩实验,比较其压缩断裂强度;并采用细胞计数实验(cell counting Kit-8,CCK-8)比较材料在1、3、5、7天对细胞增殖的影响;使用血管生成实验、划痕实验及实时荧光定量PCR实验检测样品促血管生成的能力。结果(Zr_(60)Cu_(26)Al_(14))_(100-x)Nb_(x)(x=1,3,5 at.%)的成型临界尺寸可满足种植体加工要求:x=1时,该体系形成非晶结构的临界尺寸可达7 mm;x=3,5时,临界尺寸可达5 mm。XPS证实材料成分与预设一致。力学性能方面,x=1时其压缩断裂强度最高为1630.52±61.03 MPa,x=5时其压缩断裂强度最低为1102.23±25.00 MPa。生物学性能方面,CCK-8实验表明,Zr-BMG对细胞增殖的影响与Ti无统计学差异(P>0.05);利用材料浸出液对人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)进行血管生成及划痕实验,Zr-BMG较Ti展现出更强的促血管生成和促细胞迁移能力;qRT-PCR实验表明,经Zr-BMG浸提液处理的细胞,24h后与血管生成有关的血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、促血管生成素2(Angiopoietin-2,ANG2)、爱帕琳肽(Apelin,APLN)因子表达显著升高(P<0.05)。结论本研究研发的(Zr_(60)Cu_(26)Al_(14))_(100-x)Nb_(x)(x=1,3,5 at.%)成型尺寸佳,可满足加工成为种植体的要求,具有优异的力学性能和显著的促血管生成能力,可作为一种面向口腔种植的极具研究和应用价值的材料。

主 题 词：锆基非晶合金 牙种植体 机械性能 血管生成能力 

学科分类：1003[医学-口腔医学类] 100302[100302] 10[医学] 

馆 藏 号：203122625...