陽極氧化技術在鈦植入物中的應用

在體內，鈦的抗腐蝕性能對植入物的壽命有重要影響。血漿和組織液中的氯離子濃度是海水中氯離子濃度的1/3，是金屬適宜的腐蝕環境。體液中的氨基酸、蛋白質及溶解的氧氣均有利于腐蝕的發生。細胞也影響金屬的耐腐蝕性。經陽極氧化后，鈦表面形成較厚且致密的氧化膜能阻止金屬離子釋放，防止金屬離子與體液中離子發生反應，從而提高植入物抗腐蝕性能。將陽極氧化后的鈦試件置于3.5%的NaCl溶液中，表現出良好的抗腐蝕性能。Karambakhsh將陽極氧化后鈦試件放置在Ringer's溶液中，在37℃環境中進行腐蝕試驗。結果顯示，隨氧化膜厚度增加，鈦表面抗腐蝕性增強。微弧氧化在鈦表面形成多孔結構，但其抗腐蝕性仍優于未處理鈦。這是由于微弧氧化由兩種涂層構成：內層阻擋層以及外層的多孔層，內層阻擋層阻止鈦基底與體液接觸。微弧氧化形成的氧化膜厚度明顯高于傳統陽極氧化，抗腐蝕性能也提高。

陽極氧化可以在植入物表面形成納米的二氧化鈦管，可在納米管中載附有抗菌作用的藥物，比如銀離子，慶大霉素、青霉素等抗生素，鹵素復合物等，降低炎癥發生，提高植入物的成功率。二氧化鈦在紫外光照射下，還可發生光催化殺菌作用，預防植入物周圍炎發生。且納米結構本身就有一定的抗菌效果。鈦表面抗菌性及抗腐蝕性能保證種植修復體在相對穩定狀態下行使功能，提高使用壽命。

表面能和粗糙度對于細胞與材料的黏附非常重要。粗糙表面可降低接觸角提高表面能。高表面能的材料有更多電子受體位點來促進細胞分化。在粗糙的鈦表面，成骨細胞呈現圓形和多邊形，骨鈣素、骨唾液蛋白以及I型膠原表達增強。表面粗糙度增加可使鈦表面鈣磷等元素沉積增多，在鈦表面沉積的鈣磷比例為1.67，與磷灰石中鈣磷的比率一致，為骨形成提供了良好的元素準備。鈦在不含F-的電解質溶液中行傳統陽極氧化技術，其表面粗糙度降低；在含F-電解液中陽極氧化，其表面形成納米孔或者納米管，明顯增加材料表面潤濕性；鈦表面經微弧氧化處理后形成納米、亞微米結構，其表面粗糙度明顯增加。納米、亞微米結構影響骨-植入物界面的機械性能、應力分布及骨組織重塑，增加植入物與骨組織的相互鎖合，降低應力集中導致的骨吸收。Cui等發現，微弧氧化處理的鈦表面形態是一種立體開放的多孔結構，能給磷灰石和鈦之間提供強大的黏結力，從而使鈦植入物更適合作為生物活性材料。多孔結構利于組織細胞向內生長，增加細胞生長黏附空間，提高植入物的固位力。孔的大小影響著骨形成的數量和質量。氧化膜的多孔結構增加了植入物與周圍組織的摩擦力。

多孔性結構使鈦表面彈性模量與骨組織相近，降低種植失敗風險。在多孔結構植入物表面吸附血清白蛋白可明顯增加植入物生物活性。鈦經陽極氧化處理后對體內生長因子也會產生影響，可增強鈦-骨界面PDGF的表達，促進新骨生成，增強TGF-β在鈦合金植入物骨界面的表達，成骨活躍，骨基質鈣化成熟較好，骨細胞排列緊密，新骨形成較多。Lasson等認為較厚的氧化膜提高了骨形成的速率，180nm的氧化層帶顯示出較好的骨-植入物的結合趨勢。Walter等認為鈦經陽極氧化后可增強骨鈣素以及I型膠原mRNA表達水平，從而對植入物-骨結合產生有利影響。