利用原子層沉積技術鍍膜奈米二氧化鈦於氧化鋯植體材料表面之研究

Abstract

"近年來，氧化鋯已被廣泛地應用於牙科植體領域。氧化鋯植體具有良好的機械性質與化學穩定性，不僅比鈦金屬更接近自然牙齒顏色，與組織的生物相容性佳，因此被認為是理想的牙科植體材料。然而，二氧化鋯屬於生物惰性材料，造成植體植入後不易與骨組織形成穩定的界面，且其材料特性不易使用機械或化學等方式來進行表面改質，限制其發展與臨床的應用。 過往的研究已顯示奈米級二氧化鈦鍍膜對於牙科植體的種種優點，臨床上可以藉由加強二氧化鈦保護層來提升植體的生物特性。不僅如此，二氧化鈦也是原子層沉積技術中常用來鍍膜的金屬氧化物，加上其技術可以均勻、大面積、精細的控制鍍膜厚度，因此本研究將利用奈米級二氧化鈦鍍膜表面改質以優化二氧化鋯特性，提升表面生物活性並骨整合。 本研究使用原子層沉積技術(ALD)，分別鍍上0 (未鍍膜), 25, 50, 100 nm的奈米級非晶型二氧化鈦薄膜於二氧化鋯試片上，試片原始表面粗糙度介於0.5-1.1 µm，並將鍍膜好的試片分別作材料及細胞實驗。材料測試包含使用電子顯微鏡、原子力顯微鏡以及使用細微形狀測定儀量測表面型態與粗糙度；而細胞測試包含細胞存活率、茜素紅染色、骨鈣素測試以及螢光染色測定法。 由電子顯微鏡的觀察得知，越厚的二氧化鈦鍍膜層其晶體顆粒更緻密。原子力顯微鏡的3D表面型態顯示，受到二氧化鋯表面粗糙不均的結構所影響，奈米級二氧化鈦鍍膜對二氧化鋯試片的表面型態無顯著差異。細胞測試無論是在細胞存活率或礦化能力分析，結果都指出100 nm的非晶型二氧化鈦薄膜有最佳的實驗數據。螢光染色測定結果顯示鍍膜組其細胞外型較立體為多角形，細胞的絲狀偽足數量有增加。 綜合以上實驗結果，原子層沉積技術可以精準的控制奈米級二氧化鈦鍍膜厚度，而且二氧化鈦鍍膜可以促進細胞生長、加速細胞產生鈣化組織的速度，其中又以鍍膜為100 nm厚度的組別效果最佳。因此，本技術與材料應用於臨床時，可預期可以大幅提升骨整合速率與效果。 "