以低溫電漿於鈦金屬植牙體上進行多功能性表面改質對骨整合及抗菌之效應

Abstract

"近年來人工植牙是牙科臨床上治療缺牙的優先選擇，相對於傳統式牙橋植牙過程是不需要修磨前後健康的牙齒，因此對於植牙體材料首要需求是具有良好的生物相容性與骨整合效果。目前植牙主要的植體材料為鈦金屬，因鈦金屬具高強度的機械性質、化學穩定性及生物相容性等優點，然而臨床上植體植入後病患所需骨整合時間較長，且不當照護也可能導致植牙失敗，為了縮短骨整合的時間並使植體具有抗菌的效果，對植體進行表面改質技術以增加植體與骨組織的整合性，達到「即拔、即種、即用」的優點。本研究使用鈦金屬作為基材，先以低溫電漿化學氣相法沉積有機矽胺烷(六甲基二矽胺烷Hexamethyldisilazane, HMDSZ)膜，使基材表面形成一層有機矽胺烷類的保護界面層來預防金屬離子釋出，再使用氧氣電漿活化表面形成含氧極性基團來提高表面親水性，接著利用UV光接枝聚合技術將不同比例之N-異丙基丙烯醯胺(N-isopropylacrylamide, NIPAAm)/甲基丙烯酸羥乙酯(2-Hydroxyethyl methacrylate, HEMA)/氫氧基磷灰石(hydroxyapatite, HAp)單體聚合成感溫性複合式水膠，為調整複合式感溫性水膠之相轉變溫度來作為藥物釋放載體，最後以天然交聯劑京尼平(Genipin)交聯固定三種不同生長因子骨塑型蛋白2 (Bone Morphogenetic Proteins, BMP2)、成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor，FGF)、轉化生長因子-β1 (Transforming Growth Factor Beta1, TGF-β1)及三種不同抗菌分子兒茶素(Epigallocatechin-3-gallate, EGCG)、氯己定(Chlorhexidine gluconate, CHX)、幾丁聚醣(Chitosan, CTS)。實驗結果分析使用表面潤濕性分析(Water contact angle, WCA)、傅立葉轉換紅外線光譜(Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR)、掃描式電子顯微鏡(Field-emission scanning electron microscope, FE-SEM)、能量色散X射線(EDS)及X射線光電子能譜儀(X-ray Photoelectron Spectroscope, XPS)來分析材料表面之官能基組成、表面形貌與元素組成。利用水膠降解性測試、膨潤率(Swelling ratio)、藥物釋放測試(Drug release test)來觀察複合式感溫性水膠對於溫度與藥物釋放速率的影響。最後進行細胞存活試驗(Alamar blue cell viability assay)、鹼性磷酸酶活性表現定性分析(Alkaline phosphatase activity analysis, ALP)與鈣生成量定性測試(Induced calcification tissue staining analysis)以及抗菌試驗，來觀察鈦金屬之生物相容性、抗菌性能與骨細胞之鈣化磷化情形。由實驗結果顯示，經HMDSZ電漿沉積不同時間處理後，處理時間越長其水接觸角角度越大，而經由氧氣電漿處理後明顯下降改善其表面親水性。表面化學鍵結分析是利用傅立葉轉換紅外線光譜儀而測得，由實驗結果可發現，鈦金屬基材經過不同電漿處理並以UV光接枝聚合複合式水膠後，出現官能基有Si(CH3)2、C=O、N-H、C-O、-OH等，並以掃描式電子顯微鏡觀察鈦金屬試片其經由不同表面改質後之表面形貌變化。而由材料生物相容性分析的結果觀察得知，經過不同表面處理製備後的鈦金屬基材皆具有良好之細胞存活率，且經抗菌測試結果表明，表面改質後具有良好的抗菌效果，期許鈦金屬植體能夠達到具備促進骨整合效果與抗菌效應，並應用於骨科牙科之研究。"