阳极氧化技术在钛植入物中的应用

在体内，钛的抗腐蚀性能对植入物的寿命有重要影响。血浆和组织液中的氯离子浓度是海水中氯离子浓度的1/3，是金属适宜的腐蚀环境。体液中的氨基酸、蛋白质及溶解的氧气均有利于腐蚀的发生。细胞也影响金属的耐腐蚀性。经阳极氧化后，钛表面形成较厚且致密的氧化膜能阻止金属离子释放，防止金属离子与体液中离子发生反应，从而提高植入物抗腐蚀性能。将阳极氧化后的钛试件置于3.5%的NaCl溶液中，表现出良好的抗腐蚀性能。Karambakhsh将阳极氧化后钛试件放置在Ringer's溶液中，在37℃环境中进行腐蚀试验。结果显示，随氧化膜厚度增加，钛表面抗腐蚀性增强。微弧氧化在钛表面形成多孔结构，但其抗腐蚀性仍优于未处理钛。这是由于微弧氧化由两种涂层构成：内层阻挡层以及外层的多孔层，内层阻挡层阻止钛基底与体液接触。微弧氧化形成的氧化膜厚度明显高于传统阳极氧化，抗腐蚀性能也提高。

阳极氧化可以在植入物表面形成纳米的二氧化钛管，可在纳米管中载附有抗菌作用的药物，比如银离子，庆大霉素、青霉素等抗生素，卤素复合物等，降低炎症发生，提高植入物的成功率。二氧化钛在紫外光照射下，还可发生光催化杀菌作用，预防植入物周围炎发生。且纳米结构本身就有一定的抗菌效果。钛表面抗菌性及抗腐蚀性能保证种植修复体在相对稳定状态下行使功能，提高使用寿命。

表面能和粗糙度对于细胞与材料的黏附非常重要。粗糙表面可降低接触角提高表面能。高表面能的材料有更多电子受体位点来促进细胞分化。在粗糙的钛表面，成骨细胞呈现圆形和多边形，骨钙素、骨唾液蛋白以及I型胶原表达增强。表面粗糙度增加可使钛表面钙磷等元素沉积增多，在钛表面沉积的钙磷比例为1.67，与磷灰石中钙磷的比率一致，为骨形成提供了良好的元素准备。钛在不含F-的电解质溶液中行传统阳极氧化技术，其表面粗糙度降低；在含F-电解液中阳极氧化，其表面形成纳米孔或者纳米管，明显增加材料表面润湿性；钛表面经微弧氧化处理后形成纳米、亚微米结构，其表面粗糙度明显增加。纳米、亚微米结构影响骨-植入物界面的机械性能、应力分布及骨组织重塑，增加植入物与骨组织的相互锁合，降低应力集中导致的骨吸收。Cui等发现，微弧氧化处理的钛表面形态是一种立体开放的多孔结构，能给磷灰石和钛之间提供强大的黏结力，从而使钛植入物更适合作为生物活性材料。多孔结构利于组织细胞向内生长，增加细胞生长黏附空间，提高植入物的固位力。孔的大小影响着骨形成的数量和质量。氧化膜的多孔结构增加了植入物与周围组织的摩擦力。

多孔性结构使钛表面弹性模量与骨组织相近，降低种植失败风险。在多孔结构植入物表面吸附血清白蛋白可明显增加植入物生物活性。钛经阳极氧化处理后对体内生长因子也会产生影响，可增强钛-骨界面PDGF的表达，促进新骨生成，增强TGF-β在钛合金植入物骨界面的表达，成骨活跃，骨基质钙化成熟较好，骨细胞排列紧密，新骨形成较多。Lasson等认为较厚的氧化膜提高了骨形成的速率，180nm的氧化层带显示出较好的骨-植入物的结合趋势。Walter等认为钛经阳极氧化后可增强骨钙素以及I型胶原mRNA表达水平，从而对植入物-骨结合产生有利影响。