新研究：新型生物涂层或有效提升钛合金种植体性能

好的牙·讯｜近日，一项由纽约州立大学理工学院、加纳大学与伍斯特理工学院联合完成的研究在《科学报告》（Scientific Reports）期刊上发表。

研究展示了一种利用牛骨与蛋壳等生物废弃物制备的羟基磷灰石（HA）纳米棒涂层技术，该涂层可显著提升钛合金（Ti-6Al-4V）牙科种植体的摩擦学性能与生物活性。研究团队通过创新的填充渗镀法（pack cementation），在钛合金表面构建了具有纳米棒结构的羟基磷灰石涂层，为改善牙科种植体的长期稳定性提供了新思路。

研究指出，全球约46%的人口受口腔健康问题困扰，其中约2.68亿人面临牙齿缺失问题。钛合金因其良好的生物相容性和机械强度被广泛用于牙科种植体，但其生物惰性限制了骨传导能力。

为此，研究团队开发了基于牛骨（BHA）和蛋壳（EHA）的羟基磷灰石涂层技术：牛骨经清洗、粉碎后与碳酸钡混合，在900°C下处理钛基体；蛋壳则通过煅烧生成氧化钙，再与磷酸反应合成磷酸钙，最终以相同工艺涂覆。

纳米压痕测试显示，涂层显著提升了钛合金硬度：蛋壳源涂层（EHA）硬度达1.82 GPa，牛骨源涂层（BHA）为1.08 GPa，均高于未涂层基材（0.81 GPa）。

销盘摩擦试验表明，涂层表面摩擦系数（0.70–0.79）高于未处理组（0.35），但更高的摩擦系数有助于减少植入初期的微动，促进骨整合。磨损率测试中，牛骨源涂层表现最优（0.020 mm³/Nm），较未处理组（0.035 mm³/Nm）降低约43%。

研究发现，高温处理使钛合金表面形成金红石相二氧化钛（TiO₂）底层，羟基磷灰石纳米棒覆盖其上。在摩擦过程中，羟基磷灰石层逐渐磨损后，暴露的TiO₂层仍能维持表面活性，形成氧化铁等摩擦催化产物薄膜，减少对偶材料的磨损（磨损率降低58%-79%）。该机制兼顾了早期骨整合所需的生物活性和长期机械稳定性。

模拟体液（SBF）浸泡实验证实，涂层表面具有优秀的骨结合能力：浸泡24小时后，涂层表面即出现磷灰石晶体；1-3周后，钙、磷元素均匀覆盖基体，形成类骨磷灰石层。而未涂层钛合金在相同条件下未检测到钙沉积，表明其生物活性有限。

与传统的等离子喷涂、溶胶凝胶法等技术相比，该工艺利用生物废弃物为原料，成本更低且环境友好。研究团队指出，此技术为开发兼具优异机械性能、耐磨性和生物活性的牙科种植体提供了新路径。团队下一步计划开展动物实验，以评估长期植入效果，为临床转化提供数据支持。

（本内容图源：Scientific Reports）