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中华口腔医学研究杂志(电子版)

中华口腔医学研究杂志(电子版) ›› 2009, Vol. 3 ›› Issue (06) : 598 -608. doi: 10.3877/cma.j.issn.1674-1366.2009-06-005

基础研究

纳米钙磷结晶种植体表面理化性能分析
刘臣汉1, 邓飞龙1,†(), 张佩芬1, 刘森庆1, 张华1, 张辉1, 罗智斌1   
  1. 1.510055 广州，中山大学光华口腔医学院·附属口腔医院·口腔医学研究所
  • 收稿日期:2009-01-22 出版日期:2009-12-01
  • 通信作者: 邓飞龙

Analysis of physiochemical properties of implant surface with nano-scale calcium phosphate crystal

Chen-han LIU1, Fei-long DENG1,†(), Pei-fen ZHANG1, Sen-qing LIU1, Hua ZHANG1, Hui ZHANG1, Zhi-bin LUO1   

  1. 1.Guanghua School of Stomatology， Institute of Stomatological Research， Sun Yat-sen University， Guangzhou 510055， China
  • Received:2009-01-22 Published:2009-12-01
  • Corresponding author: Fei-long DENG
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引用本文：

刘臣汉, 邓飞龙, 张佩芬, 刘森庆, 张华, 张辉, 罗智斌. 纳米钙磷结晶种植体表面理化性能分析[J/OL]. 中华口腔医学研究杂志(电子版), 2009, 3(06): 598-608.

Chen-han LIU, Fei-long DENG, Pei-fen ZHANG, Sen-qing LIU, Hua ZHANG, Hui ZHANG, Zhi-bin LUO. Analysis of physiochemical properties of implant surface with nano-scale calcium phosphate crystal[J/OL]. Chinese Journal of Stomatological Research(Electronic Edition), 2009, 3(06): 598-608.

目的

探讨两种纳米钙磷结晶种植体表面理化性能的差异。

方法

通过扫描电镜（SEM）观察两种种植体纳米晶体涂层表面形貌，能谱分析（EDS）、X 射线光电子能谱仪（XPS）和X 射线衍射（XRD）分析涂层晶体的化学组分及晶相，原子力显微镜（AFM）检测表面粗糙度，测量超纯水、二碘甲烷、甘油和甲酰胺在样品表面的接触角并计算表面能。

结果

Bicon NanoTiteTM 种植体表面可见直径20 ～200 nm、圆形或椭圆形晶体随机分布并与表面融为一体；直径20 ～100 nm 粒状晶体散在分布于3I NanoTiteTM 种植体表面，在凹陷周围密集累积成白色山峰状，凹陷底部晶体数量较少，钛基体外露。XPS 证实Bicon NanoTiteTM 种植体表面的纳米晶体化学组分为Ca10（PO4）6（OH）2 和CaCO3，3I NanoTiteTM 种植体表面晶体化学组分是Ca8H2（PO4）6·5H2O。 XRD 显示两种种植体表面涂层晶体均为无定形结晶。 Bicon NanoTiteTM 和3I NanoTiteTM 的表面粗糙度中，轮廓算术平均偏差（Ra）分别为（0.43 ± 0.10）μm 和（0.15 ±0.05）μm，微观不平度和点高度（Rz）分别为（2.13 ± 0.7）μm 和（0.64 ± 0.03）μm，Bicon NanoTiteTM的Ra 和Rz 均较3I NanoTiteTM 的高（P＜0.05）。 Bicon NanoTiteTM 和3I NanoTiteTM 的分散成分分别为24.49、24.10 mN·m-1，极性成分分别为17.82、11.04 mN·m-1，总表面能分别为42.30、35.15 mN·m-1。

结论

Bicon NanoTiteTM 种植体表面纳米晶体的中含有Ca10（PO4）6（OH）2，在化学成份上较3I NanoTiteTM 的纳米晶体更接近羟磷灰石，物理化学性能较好。

关键词: 钛, 牙种植体, 钙磷, 纳米颗粒

Objective

To compare the physical and chemical properties of two kinds of implant surfaces with nano-scale calcium phosphate crystal.

Methods

The morphologies of two nano-crystal coatings on implant surface were observed by scanning electron microscopy （SEM）.The composition and crystal phase of the two coatings were analyzed by X-ray diffraction（XRD）， energy dispersive spectrometry （EDS） and X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）.Surface roughness was detected by atomic force microscope （AFM）. Contact angles formed by four kinds of liquids on the surfaces of the two types of specimens were measured and the surface energy was calculated.

Results

The crystal diameters on Bicon NanoTiteTM surface ranged from 20 nm to 200 nm. Round and elliptic particles distributed stochastically and integrated with the surface. The irregular particles ranging from 20 nm to 100 nm in diameter were distributed dispersedly on the 3I NanoTiteTM implant surface. The amount of the crystal at the bottom of the depressed area was relatively low， the titanic substrate was exposed. XPS confirmed that the nanocrystals on Bicon NanoTiteTM implant surface were composed of Ca10（PO4）6（OH）2 and CaCO3. The compositions of 3I NanoTiteTM implant surface was Ca8H2（PO4）6·5H2O. The result of XRD showed that the crystals on the two implant surfaces were amorphous. The surface roughness of Bicon NanoTiteTM （Ra=0.43 μm ± 0.10 μm， Rz=2.13 μm ± 0.7 μm） appeared to be larger compared with 3I NanoTiteTM （Ra = 0.15 μm ± 0.05 μm， Rz = 0.64 μm ± 0.03 μm）（P＜0.05）. Total surface energy in Bicon NanoTiteTM were higher than that of 3I NanoTiteTM. The dispersive component of Bicon NanoTiteTM and 3I NanoTiteTM were 24.49 mN·m -1 and 24.10 mN·m -1 respectively， the polar component were 17.82 mN·m -1 and 11.04 mN·m -1 respectively.

Conclusions

The nano-crystal on Bicon NanoTiteTM surface contains Ca10（PO4）6（OH）2， which is more close to hydroxyapatite in chemical structure and show better physiochemical properties than that on 3I NanoTiteTM.

Key words: Titanium, Dental implant, Calcium phosphate, Nano-particle
图1 液相在固相表面上的张力平衡
图2 Bicon NanoTiteTM 表面形貌 长5 ～20 μm、宽1 ～8 μm 裂缝和深坑（SEM ×1500）
图3 Bicon NanoTiteTM 表面形貌 圆形或椭圆形颗粒与表面融合为一体（SEM ×30 000）
图4 3I NanoTiteTM 表面形貌 直径约2 μm 的圆形凹陷分布较为规则，类似蜂窝状，白色晶体分布稀疏，主要集中在凹陷边缘（SEM ×1500）
图5 3I NanoTiteTM 表面形貌 白色山峰状晶体以外区域晶体数量较少，钛基体外露（SEM ×30 000）
表1 EDS 分析表面元素组成摩尔比（%）
样品 Ti O Ca P Al
Bicon NanoTiteTM 40.45 47.01 3.90 1.55 7.09
3I NanoTiteTM 78.18 16.20 0.49 -1.12 6.24
图6 能谱图 A. Bicon NanoTiteTM； B. 3I NanoTiteTM
表2 XPS 分析表面元素组成摩尔比（%）
样品 Ti O Ca P C N Si
Bicon NanoTiteTM - 13.40 3.60 0.97 82.03 - -
3I NanoTiteTM 3.80 46.71 6.74 4.78 36.53 0.53 0.90
图7 Bicon NanoTiteTM 种植体表面XPS 全谱图
图8 3I NanoTiteTM 种植体表面XPS 全谱图
图9 C1s 高分辨率扫描谱 A. Bicon NanoTiteTM； B. 3I NanoTiteTM
图10 Ca2p 高分辨率扫描谱 A. Bicon NanoTiteTM； B. 3I NanoTiteTM
图11 P2p 高分辨率扫描谱 A. Bicon NanoTiteTM； B. 3I NanoTiteTM
图12 O1s 高分辨率扫描谱 A. Bicon NanoTiteTM； B. 3I NanoTiteTM
图13 样品表面X 射线衍射图谱
表3 种植体表面粗糙度（μm）（n=3，±s）
表面粗糙度 Bicon NanoTiteTM 3I NanoTiteTM
Ra 0.43±0.10 0.15±0.05
Rz 2.13±0.71 0.64±0.03
图14 原子力显微镜三维重建Bicon NanoTiteTM 表面形貌
图15 原子力显微镜三维重建3I NanoTiteTM 表面形貌
表4 液体与样品的接触角（°）（n=3，±s）
样品 超纯水 二碘甲烷 甘油 甲酰胺
Bicon 66.30±2.24 55.05±4.77 54.63±2.99 33.45±2.77
3I 78.63±3.33 61.23±6.87 67.59±2.95 45.89±3.13
表5 样品表面能（mN·m-1）
样品 分散 极性 总能量
Bicon 24.49 17.82 42.30
3I 24.10 11.04 35.15
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