种植体的表面形貌是影响骨整合的因素之一[1]。研究发现粗糙表面的钛种植体与骨组织的结合面积

及结合强度均大于光滑表面的钛种植体[2]，而且体外细胞培养也显示成骨细胞更易于粘附到粗糙的表面[3]。与光滑表面相比，

粗糙度 R a＜50 μm的表面能显著降低种植体—骨组织界面的炎症反应程度，减少软组织包绕层的厚度[4]。亚微米及纳米结构可以引导细胞粘附和定向迁移生长，有利于形成良好的种植体周骨性结合[5]。

钛种植体的生物相容性与其表面润湿性有着直接的关系[6]，而接触角是衡量材料润湿性的一个重要标志，接触角越小，表明润湿性越好。喷砂酸蚀处理(Sandblasting and acid-etching,SLA)是目前商业应用最为广泛的种植体表面处理方法之一[7,8]。酸蚀后的纯钛表面具有更高的表面能，大分子更容易吸附、弯曲和变形，使得附着点增加[9]。因此为了改善种植体在骨整合时的主动性，缩短骨整合时间，促进种植体与周围组织形成良好的骨性愈合，应对其表面形貌进行改进。

酸蚀常用的酸有硫酸、盐酸、氢氟酸以及硝酸等[10]，且多采用混合酸处理种植体表面。酸溶液的浓度、酸蚀时间以及温度是化学腐蚀产生微观结构的决定因素[11,12]。Diniz等[13]对喷砂后的钛片试样先采用4%HF处理60 s，再用4%HF和8%H2O2混合处理15 s获得了均匀的微观形貌，促进了骨髓细胞的粘附增殖。容明灯[14]则采用18%HCl和49%H2SO4的混酸处理种植体，出现了二级粗糙表面，动物试验表明处理后的表面具有良好的生物相容性和骨组织引导性。然而，喷砂酸蚀的工艺参数并没有统一的数值，不同工艺得到的结果也不相同。

文中采用喷砂酸蚀工艺对钛片试样表面进行改性处理，选择喷砂酸蚀的不同工艺参数进行试验，在试验范围内，得出最优的工艺参数，并将其用于牙种植体试样表面的处理。同时，比较分析钛片试样和牙种植体试样的表面形貌、成分、成骨细胞粘附以及接触角。 1 材料与方法 1.1 钛片试样和牙种植体试样的制备

试验用钛片试样尺寸为14 mm×14 mm×3 mm，材料为TA2(宝钛股份有限公司)；所用牙种植体试样(如图 1所示)总长7 mm，外径3.6 mm，其中螺纹段长5 mm，螺距1 mm，螺纹为直角梯形螺纹，材料为TA2。 将加工好的钛片和种植体试样用清洗剂进行手工清洗去除加工碎屑和残留机械油污。钛片试样分别经58 μm(250目)、13 μm(1 000目)和6.5 μm(2 000目)SiC砂纸逐级打磨至表面呈现白色金属光泽，然后依次在洗洁精、去离子水和无水乙醇中各超声清洗5 min，置于加热箱中烘干，冷却后装入自封袋密封保存。

喷砂设备由VW-0.25/0.8型活塞式空气压缩机(沈阳远赫机械设备有限公司)和一个喷嘴直径为1 mm小型喷砂机组成，通过8 mm橡胶管相连接。将空压机输出压力调整至0.8 MPa，采用250 μm(60目)硅砂或钛砂，喷嘴与试样的距离保持在3 cm左右，喷射方向与被处理试样表面为80°夹角，喷砂处理时间为60 s。喷砂时，将钛片试样固定，牙种植体试样由可以旋转的夹具夹住两端，夹具按20 r/min旋转。待空气压缩机达到工作压力为0.8 MPa时，开启输出阀门至最大位置。喷砂处理后试样表面由银白色金属光泽变为暗灰色。

酸蚀前，配置 60%H2SO4与10%HCl按体积比1∶1的混酸(不添加去离子水，文中称作高浓度酸)和60%H2SO4、10%HCl与去离子水按体积比1∶1∶2的混酸(文中称作低浓度酸)。酸蚀时，将盛放混合酸的烧杯放入油浴锅内保温，温度调至试验所需要的温度(75 ℃和100 ℃)。待烧杯内混合酸达到所需温度时，将试样慢慢放入烧杯中(同时要求试样不能重叠)，并开始计时。试样酸蚀完成后，分别经去离子水超声清洗3 min，反复3次，再用无水乙醇超声清洗3 min，反复两次以彻底去除酸残留；最后烘干装袋以备用。 1.3 试验方案

由于牙种植体试样与钛片试样材料均为TA2医用纯钛，且在钛片试样表面上进行试验和分析更加方便。因此为了获得喷砂酸蚀工艺应用于牙种植体表面改性的最优参数，将钛片试样作为被处理试样。将喷砂材料、酸蚀温度、时间以及酸蚀浓度作为试验的影响因素，它们分别取2、2、4和2个水平，采用正交表L8(4×24)进行试验[15,16]。所有试验严格按照设定好的工艺重复两次。 1.4 表面接触角以及孔径测量

使用接触角测量仪(SL200B，科诺工业有限公司)对试样表面进行接触角测量，采用 θ /2法，测量范围： 0°~180°，分辨率0.01°，测试精度±1°。在试样完全烘干且充分冷却后1 h内进行测量，一个试样表面测量5个不同点。使用粒径分布统计软件Nano Measure 1.2测量试样表面孔径，测量时采用同一标准，每个试样重复两次，取平均值。 1.5 表面形貌表征及成分分析

试样表面的形貌、细胞粘附用JSM-6500F型场发射电子扫描电镜(SEM)进行表征。采用EDS分析试样表面成分。 1.6 表面成骨细胞培养

将试样分别放入到孔板中，将状态良好的人成骨肉瘤MG-63细胞以3×104个/mL的浓度接种于试样表面。 在50%CO2、95%湿度和37 ℃的环境下细胞培养24 h。每次取出试样后用磷酸盐缓冲液(Phosphate buffered saline,PBS)冲洗3次，并且要吸净液体。然后用2.5%的戊二醛固定2 h。经过清洗、烘干以及喷金处理后，用SEM观察成骨细胞的生长形态。 2 结果与讨论 2.1 SLA法因素优化分析

混合正交试验的因素与水平如表 1所示，混合正交试验结果如表 2所示。 混合正交极差缺乏可比性[16]，这里直接采用方差分析法，各个试验因素对试验结果的影响程度以及显著性见表 3。

现有商用种植体表面孔径多数为0.5~3 μm[17]，因此文中选择0.5~2 μm作为一个参考指标。在分析各因素水平对试验结果的影响时，引入各因素水平与试验指标的趋势图，如图 2所示。图 2横坐标是各因素水平，纵坐标为0.5~2 μm孔洞所占比例和平均接触角。

(1) A-酸蚀时间对喷砂酸蚀的影响：由方差分析知，酸蚀时间对0.5~2 μm孔洞比例有显著性影响，对平均接触角不具有显著性影响。如图 2(a)所示，酸蚀时间为20 min时，试样表面0.5~2 μm 孔洞所占比例出现了峰值，比例达64%，而此时对应的平均接触角也达到最小值71°，因此酸蚀时间20 min可作为优化的参数。

(2) B-酸的浓度对喷砂酸蚀的影响：如图 2(b)所示，酸浓度的不同，对0.5~2 μm孔洞比例和平均接触角的影响也不一样，它们的变化趋势相反。低浓度下，0.5~2 μm孔洞比例最大，比例达到67.5%，而接触角也达到最小值71.8°。由表 3方差分析知，酸的浓度对0.5~2 μm孔洞比例有显著性影响，故低浓度可作为优化参数。

(3) C-喷砂材料对喷砂酸蚀的影响：由表 3方差分析知，喷砂材料对0.5~2 μm孔洞比例有显著性影响，对平均接触角不具有显著性影响。如图 2(c)所示，喷砂材料为SiO2时，0.5~2 μm孔洞比例达最大，平均接触角也达到最小，但对试样表面成分作EDS分析发现，SiO2处理后，酸蚀不能完全除去试样表面残留的Si杂质。因此选择TiO2作为优化的参数。

(4) D-酸蚀温度对喷砂酸蚀的影响：由方差分析知，酸蚀温度对0.5~2 μm孔洞比例和平均接触角均无显著性影响。如图 2(d)所示，75 ℃和100 ℃对参考指标影响变化均不大，但100 ℃下，0.5~2 μm孔洞比例最大，平均接触角也最小，故100 ℃作为优化的参数。

综上分析，喷砂酸蚀工艺应用于牙种植体表面改性的最优参数为：酸蚀时间20 min，低浓度酸，喷砂材料TiO2，酸蚀温度100 ℃。 2.2 最优参数应用于钛片试样的分析 2.2.1 钛片试样的表面形貌

图 3是SLA工艺的最优参数应用于钛片试样得到的表面形貌。SEM表明钛片试样表面出现大量0.5~2 μm的孔洞，形成了明显的蜂窝状多级孔洞结构，孔洞均匀性较好、结构整洁、边缘平滑，并且未出现尖锐的峰。这是因为混酸在喷砂形成的一级孔洞的基础上进一步酸蚀。由于该工艺下混酸浓度低，酸蚀比较平缓，且酸蚀时间较长，所以一级孔洞形成的尖锐峰在酸的作用下被酸蚀掉，但又不会大面积的酸蚀掉一级孔洞，所以容易出现分布均匀的二级孔洞。而且多次试验证明低浓度下其可重复性、可控性较好。因此优化的参数不但可以得到预期的多孔结构，还可以实现试验的可控性以及降低酸的使用。

图 4是最优参数下钛片试样表面的EDS。结果表明喷砂不会对钛片试样表面成分产生影响。而钛砂和硅砂处理的钛片试样表面均有O元素，极有可能是钛片试样取出烘干时，表层部分被氧化了。而经SiO2喷砂酸蚀处理后钛片试样表面仍有Si元素残留，说明在此处理温度、浓度及时间下，钛片试样喷砂后，砂粒易残留在钛片试样表面，经超声清洗以及酸蚀过程仍无法清除砂粒残留物[18,19,20,21]。因此采用TiO2作为喷砂材料可以保证被处理钛片试样材料的一致性。

图 5是最优参数作用下，钛片试样表面5个不同位置的接触角。由图知优化处理后的钛片试样表面的接触角较小，平均值达67°，为亲水性表面[22]，具有良好的润湿性，且其均匀性也较好。这是因为在该工艺下钛片试样获得的表面形貌均匀，其粗糙表面增加了液滴与固体表面的接触面积，增强了亲水性[23,24]。