【正文】 TiO2納米管載pH響應(yīng)型膠束藥物控釋體系的研究(面上項目)立項的背景和意義 牙列缺損及牙列缺失是口腔患者的常見病、多發(fā)病，不僅直接降低患者的咀嚼效率，同時對患者的顏面部外形、全口牙齒咬合的穩(wěn)定性、全身營養(yǎng)的均衡都有一定的影響。隨著生活質(zhì)量水平的不斷提高,人們對牙齒修復(fù)體的要求已經(jīng)不僅僅是滿足于簡單的咀嚼功能的恢復(fù)，更要求在修復(fù)過程中不損傷天然牙，修復(fù)體更舒適，修復(fù)牙齒更逼真等。因此，以鈦材為基礎(chǔ)的骨內(nèi)種植技術(shù)應(yīng)運而生，成為牙列缺損、牙列缺失和頜面部缺損最有效的修復(fù)手段之一，種植義齒以其不損傷臨牙，美觀，咀嚼功能強等不可替代的優(yōu)點已經(jīng)作為牙列缺損及缺失重要的修復(fù)方式被廣泛應(yīng)用于口腔臨床治療。隨著優(yōu)質(zhì)鈦合金的出現(xiàn)及鈦合金表面改性技術(shù)的發(fā)展，鈦合金以其優(yōu)異的綜合性能（良好的生物相容性、機械強度、鈍化能力、抗腐蝕性、與骨組織相近的低彈性模量等）成為牙種植體、頜面贗復(fù)體固定樁、骨內(nèi)植入式假肢以及各種矯形材料等人體硬組織替代物和修復(fù)物的首選材料。據(jù)統(tǒng)計，每年我國植入牙種植體數(shù)百萬顆，人工關(guān)節(jié)、脊柱裝置、冠脈支架數(shù)十萬件，骨折內(nèi)固定器械數(shù)百萬套。然而，由此引起的植入物相關(guān)性感染問題也逐漸凸顯出來，成為臨床上一個非常棘手的問題[1]。牙種植體由植體、穿齦部分及上部結(jié)構(gòu)三部分組成，植體材料基本為商業(yè)純鈦或TC4鈦合金，鈦植體經(jīng)應(yīng)力分析對材料形態(tài)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，表面采用不同技術(shù)處理以增大比表面積及使其在體內(nèi)容易形成類骨磷灰石（BLA）層，已實現(xiàn)材料與骨的化學(xué)性鍵合，其抗剪切力達50Mpa以上，完全可滿足負重、承載修復(fù)體的應(yīng)用要求；上部結(jié)構(gòu)的修復(fù)可根據(jù)不同口腔情況的要求，基本實現(xiàn)形態(tài)和功能并舉的目標。但在實際應(yīng)用中，牙種植體仍有較高失敗率，其基本表現(xiàn)為牙齦附著下移或牙周袋形成，牙槽骨吸收，最終種植體松動、脫落。大量報道對種植體失敗的原因進行了分析，除應(yīng)力過載或屏蔽致骨吸收外，種植體周圍炎的發(fā)生和發(fā)展是其最終失敗的重要表現(xiàn)和主要原因。因此，尋找有效的方法消除種植體相關(guān)感染具有非常重要的臨床意義，對鈦合金種植體進行表面改性研究十分必要。種植體表面易感染的主要有兩方面原因：一、表面生物膜的形成；二、種植體/組織界面免疫能力低下。鈦種植體在生理環(huán)境下其表面會吸附一層蛋白層，使鈦表面適合于細菌聚集和生物膜形成[23]。生物膜是指附著在物質(zhì)表面的微生物實體，是細菌在復(fù)雜多變的環(huán)境中，產(chǎn)生外部多糖包膜多聚體，使細菌相互粘連形成膜狀物，它可以通過多種機制保護其內(nèi)部的細菌不受攻擊[3]。此外，在種植體植入后的早期，種植體/組織界面血管分布量較少，防御能力較低，有利于細菌入侵從而發(fā)生感染。種植體手術(shù)的病人臨床上常規(guī)會給予全身抗生素預(yù)防性治療以阻止感染的發(fā)生[4,5]。然而，全身抗生素給藥具有許多缺點，如靶點藥物濃度低和全身毒副作用等。因此，從這些角度考慮局部抗生素給藥更有優(yōu)勢。目前已有多種方法實現(xiàn)植入體表面局部緩釋給藥，如在種植體表面制備各種涂層[67]，采用共價結(jié)合的方法將藥物固定在鈦表面等方法[8]；但是這些緩釋方法存在藥物載量少，且涂層易剝脫等缺點。 近年來一種新的局部藥物緩釋設(shè)計理念是在鈦種植體表面用陽極氧化法形成TiO2（二氧化鈦）納米級小管作為局部“藥物納米儲存緩釋器”，為種植體局部藥物緩釋提供了新思路[9]。藥物在TiO2 納米管中的釋放主要受管孔結(jié)構(gòu)支配（直徑和長度比），納米管長徑比對于藥物釋放率起著決定性作用，可以有效延遲或加速藥物釋放［10］。目前延長藥物釋放的方法主要是減小TiO2 納米管徑，通過降低藥物釋放率來延長釋放持續(xù)時間，但是此法存在降低藥物裝載總量、納米管直徑調(diào)控范圍有限（20300nm），“突釋”現(xiàn)象明顯以及很難滿足長時間（數(shù)周）藥物連續(xù)釋放的臨床需求等缺點［11］。因此，如何增加可控孔徑范圍內(nèi)TiO2納米管的藥物裝載總量，達到藥物緩釋的可控性，實現(xiàn)植入體表面緩釋給藥從而達到有效控制種植體周圍炎十分重要。 近年來，生物可降解聚合物膠束作為納米藥物載體備受矚目[1214]。它能包裹疏水性藥物，提高藥物在水中的溶解度，延長藥物在體液中的循環(huán)時間．另外，聚合物膠束的尺寸一般為10～200nm，處于TiO2納米管直徑調(diào)控范圍之內(nèi)（20300nm），裝載入TiO2納米管內(nèi)可以避免聚合物膠束過早地 被腎臟清除和機體免疫系統(tǒng)吞噬，局部用藥可降低全身藥物副作用和改善藥物利用率[15]．值得注意的是，單純TiO2納米管裝載聚合物膠束無法控制藥物的釋放量為靶向位點提供有效的藥物濃度。刺激響應(yīng)性膠束可根據(jù)內(nèi)部刺激（如pH、氧化還原電位、溶酶體酶）或外部刺激（如溫度、磁場、光）快速響應(yīng)，如溶解、溶脹或坍塌，從而達到在合適時間釋放藥物的目的，提高治療療效。在這些刺激中，pH響應(yīng)性是使用最廣泛的, 在正常人體組織，某些病理狀態(tài)(如炎癥)下，病灶組織局部由于缺氧導(dǎo)致無氧代謝而被酸化，pH值降低，在種植體穿齦或穿皮部位，由與細菌大量產(chǎn)酸。因此，低pH值被視為炎癥反應(yīng)的重要標志之一。因此，我們可以利用正常組織和炎癥組織的ph值差異，設(shè)計一種能對環(huán)境中pH值做出響應(yīng)的TiO2納米管加載聚合物膠束的藥物緩釋系統(tǒng)。 綜上所述，充分利用TiO2納米管結(jié)構(gòu)的可控性、聚合物膠束良好的穩(wěn)定性、藥物包封率及腙鍵的pH響應(yīng)性能等優(yōu)勢，結(jié)合兩者的優(yōu)勢對鈦基體表面進行改性研究，從而達到鈦種植體表面pH智能響應(yīng)型藥物緩釋的目的，降低藥物全身副作用，改善藥物利用率。本項目在前期已成功采用陽極氧化法在純鈦基體表面制備TiO2納米管陣列，針對不同電壓、電解質(zhì)濃度、陽極氧化時間等因素對制備不同管徑、長度TiO2納米管陣列的影響做了初步的實驗和探討，確定參數(shù)后制備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的TiO2納米管，采用簡易真空凍干法成功在TiO2納米管內(nèi)直接加載阿莫西林，通過SEM、XRD、EDS觀測等手段對TiO2納米管進行表面觀測及結(jié)構(gòu)表征，同時在緩沖溶液中模擬體外藥物釋放，證實了鈦表面TiO2納米管結(jié)構(gòu)直接裝載藥物呈現(xiàn)出藥物“突釋”現(xiàn)象，本項目擬在前期研究基礎(chǔ)上，采用聚合物膠束良好的藥物包封率和pH智能響應(yīng)的優(yōu)勢，改善TiO2納米管載藥“突釋”現(xiàn)象，從而建立一種新型種植體周抗炎藥物緩釋體系并實現(xiàn)釋放速率的調(diào)控，模擬正常生理過程中出現(xiàn)種植體周圍炎時藥物的響應(yīng)性釋放，最大限度的降低種植體周圍炎對種植體初期愈合產(chǎn)生的不良影響，促進種植體早期愈合、提植成功率。國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 陽極氧化是指金屬或合金的電化學(xué)氧化。在相應(yīng)的電解液和特定的工藝條件下，由于外加電流的作用下，將金屬或合金的制件作為陽極，采用電解的方法使其表面形成氧化物薄膜。雖然陽極氧化的歷史已經(jīng)超過50年，但直到1995年，人們發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化陽極氧化條件可以形成高度有序孔陣列的氧化膜。1999年，Zwilling[16]等第一次報道了在含氟離子溶液中，鈦表面經(jīng)過電化學(xué)陽極氧化得到TiO2納米管陣列。TiO2納米管制備設(shè)備要求較低，并可通過調(diào)整制備電壓、電解質(zhì)濃度、陽極氧化時間、pH值等參數(shù)獲得一定管徑和管長的TiO2納米管陣列，具有很好的生物相容性。目前TiO2納米管陣列已廣泛用于種植體表面處理方面的研究。 近年來，在鈦種植體表面用陽極氧化法形成TiO2納米級小管作為局部“藥物納米儲存緩釋器”為種植體局部藥物緩釋提供了新思路。TiO2納米管的