种植修复的成功不仅取决于良好的骨结合，还需要种植体或基台与周围软组织形成良好的生物封闭，从而减少种植体周围细菌等病原体的渗入，预防种植体周围疾病的发生［1］。钛作为种植体和基台的“金标准”材料在临床中应用广泛，而如何对其表面进行改性以提高其与软组织的黏附，已成为种植修复领域的研究热点之一。近年来，学者们围绕钛表面仿生化改性进行了多个方向的研究，在钛材料与软组织黏附性能的提高方面展示出良好的应用前景。本文将着重对钛材料表面仿生涂层构建、表面仿生修饰及与软组织黏附的评价方法等方面做一综述。

1、常见仿生涂层

仿生涂层通常是指利用天然生物合成的方法或模仿各种生物特性而开发的涂层材料。

1.1丝素蛋白涂层

丝素蛋白是从蚕丝或蜘蛛丝中提取的天然高分子纤维蛋白，含量约占蚕丝的70% ~ 80%，广泛应用于生物医药领域，如手术缝线和组织再生等。丝素蛋白具有良好的生物相容性、可控降解性和机械性能。研究表明，材料中加入丝素蛋白可提高基质的力学性能，并可促进成纤维细胞的黏附及生长［2-3］。细胞在具有丝素蛋白涂层的钛种植体表面具有良好的黏附和扩散能力，且细胞增殖能力无显著变化。同时，丝素蛋白的疏水性使其在口腔潮湿环境内可以稳定存在。此外，丝素蛋白的氨基酸侧链可进行功能化修饰，Vidal 等［4］利用钛结合肽（titanium bindingpeptide，TiBP）和精氨酰-甘氨酰-天冬氨酸（argi⁃nine-glycine-aspartic acid，RGD）多肽序列对丝素蛋白进行功能化改性，构建了双功能化的丝素蛋白涂层，TiBP 可增加蛋白质在金属表面的吸附作用，而RGD 多肽序列在调控细胞的黏附中具有重要作用。不仅增加了丝素蛋白与钛的结合力，同时也改善了成纤维细胞和内皮细胞在钛表面的增殖能力和黏附强度。Nilebäck 等［5］将生物膜分散酶分散蛋白 B（dispersin B，DspB）或内溶酶功能化丝素蛋白，该涂层可在促进细胞活力的同时减少细菌的黏附，从而为降低种植体周围炎的发生风险提供了可能。值得注意的是，蚕的品种可能会影响丝素蛋白的生物相容性。天蚕分泌的丝素蛋白具有 RGD 多肽序列，因而表现出更高的细胞亲和力，而天然桑蚕丝不存在这一序列［6］。但天蚕难以养殖，使得此类丝素蛋白的广泛临床应用受到了影响，而目前通过基因工程技术可实现大量合成并优化天然蛋白，已很好解决以上问题。综上，钛表面构建丝素蛋白涂层是促进种植体周围软组织黏附的方向之一［7］，具有良好的应用前景。

1.2聚多巴胺涂层

无脊椎动物如贻贝，即使在潮湿的环境下也能牢固地附着在不同的基质上，而其高强度的附着力来源于多巴胺［8］。聚多巴胺（polydopamine，PDA）是以贻贝多巴胺为灵感的合成聚合物，自 2007 年作为涂层材料问世以来发展迅速。PDA涂层也引起了口腔种植领域研究的关注。钛材料表面具有疏水性和生物惰性，而 PDA涂层的构建可以显著促进其亲水性，促进蛋白质吸附和细胞黏附。Yang等［9］在经碱热处理过的钛表面构建 PDA 涂层，结果表明，负载 PDA 的钛种植体表面能够促进成纤维细胞在种植体表面的黏附、增殖和铺展，增加了Ⅰ型胶原的分泌和纤维连接蛋白（fibronectin，FN）在钛表面的吸附，显著改善了钛种植体周围的软组织整合功能。另一方面，PDA 涂层对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、链球菌还具有抑制作用［10-12］。因此，PDA 涂层的优势在于：①制备方法简单高效，仅需要将基质材料浸入碱性多巴胺溶液即可完成制备［9，13］；②生物相容性良好；③PDA 膜富含邻苯二酚和氨基基团，可作为载体来负载胶原、羟基磷灰石（hy⁃droxyapatite，HA）、羧甲基壳聚糖（carboxymethylchitosan，CMCS）等成分，进一步增强软组织细胞的功能［9，12］；④制备不受基质材料限制（金属、聚合物、瓷材料均可），也不受基质的形状和大小的影响［14］。

1.3壳聚糖涂层

壳聚糖（chitosan，CS）是从天然多糖甲壳素中提取的一种脱乙酰化多糖，在结构上与细胞外基质相似，因此对人体细胞具有很强的亲和性。另外，CS 具有良好的生物相容性和抗菌活性，可作为钛种植体表面载药的载体。虽然CS血液相容性不足（因其在体内的降解产物壳寡糖可诱导人红细胞黏附和聚集），但与其他聚合物或其他生物材料混合使用可以改善此缺陷。如CS与磷酸三钙结合可以促进体内血管生长，CS与L-谷氨酸（L-glutamic acid，LG）结合可促进成纤维细胞增殖，同时增加胶原合成和沉积，明显加快创面愈合速度［15］。Lin 等［16］利用CS在钛合金表面构建涂层促进了细胞的增殖能力；同时，与藻酸盐和果胶交联可进一步增强 CS 表面细胞的初始增殖能力，显著提高了涂层的剥离强度。但值得注意的是，也有研究表明 CS 具有高度的细胞选择性，表现为 CS 表面与成骨细胞及骨细胞具有强的黏附能力，而与成纤维细胞的黏附能力较弱［17］。因此，关于钛表面CS涂层的软组织反应仍需进一步明确。

2、仿生涂层的制备方法

目前研究中仿生涂层的制备方法主要包括溶液浸渍法、溶液旋涂法、电沉积法（电泳沉积技术）、等离子喷涂技术等。钛材料表面通常预先进行抛光或碱热处理活化［9］。

2.1浸渍法

浸渍法又称提升法，是将基质材料直接浸渍在具有活性组分的溶液或溶胶中，从而使活性组分以膜的形式固定在基质材料上。浸渍法具有设备简单、操作方便的优点，但制备的涂膜不易均匀，成膜厚度也不可控。PDA 的仿生涂层制备目前多采用浸渍法，将钛基质材料浸入盐酸多巴胺溶液中（质量浓度为2 mg/mL），室温下搅拌或静置隔夜，去离子水冲洗去除多余物理吸附的PDA后干燥即可［9］。

2.2旋涂法

旋涂法又称旋转涂覆法，即将基质材料固定在旋转的圆盘上，依靠旋转时的离心力，使得涂料在基质材料上均匀成膜，旋涂法成膜较浸渍法均匀，但缺点在于不易大面积成膜。

2.3电沉积法

电沉积法包括直接电沉积法、熔融凝胶沉积法。直接电沉积法是将钛材料连接到电源正极，并浸入到丝素蛋白溶液中，负极连接铂丝，铂丝距离钛材料8 ~ 10 mm，凝胶化后，干燥即可。熔融凝胶沉积法是将溶液制备的电凝胶完全熔化，并在随后浸渍程序过程中始终保持凝胶的熔化状态。但值得注意的是，仿生涂层不宜过厚，否则可能会出现涂层分层现象。通过对施加电压、沉积时间、溶液浓度的调节可以实现对涂层厚度的控制［18］。

研究表明，电沉积法制备丝素蛋白涂层较浸渍法和旋涂法具有更多的优势，电沉积过程可将带电的丝素蛋白分子排列组装到带电的基质材料上，蛋白结合更加紧密，与钛表面的黏附力更强［18］。同时，电沉积法形成涂层速度快，厚度更加合适。丝素蛋白溶液的配制可以参考标准操作流程［19］。

3、表面仿生修饰

上述仿生涂层是以天然生物为灵感，模仿各种生物特性的涂层技术，而表面仿生修饰又称生物功能化技术，是将蛋白质、肽等有机成分直接或间接固定在材料表面以改变其生化特性和生物反应的技术。近年来，学者们尝试了表面仿生修饰技术，在钛材料表面直接或间接固定胶原、黏附相关蛋白、RGD 多肽序列、生长因子等，以改善钛表面与软组织的相容性。

3.1胶原

胶原是结缔组织的主要构成成分，其可作为新组织形成的骨架，对细胞起到支持作用，并为细胞的增殖生长提供良好的微环境。胶原由于其优异的生物相容性、可降解性、凝血性等性能广泛用于生物医学领域。Zhu 等［14］的体外实验结果表明，经胶原修饰的钛种植体表面显著促进了成纤维细胞和角质形成细胞的黏附，贴壁细胞密度更高，细胞铺展更好，伪足形成更多。同时，大鼠皮下植入实验表明经胶原修饰的钛种植体周围软组织中炎细胞浸润和肉芽组织形成少，组织相容性更佳。但也有研究提出，胶原修饰过程并不会导致钛种植体周围软组织的垂直尺寸增加［20］，这提示体外细胞学表现出的阳性结果，在体内研究中却未能具有相应组织学反应。

3.2黏附相关蛋白

细胞外基质中的黏附相关蛋白包括FN、玻连蛋白、层粘连蛋白（laminin，LN）等，作用主要为将细胞锚定在细胞外基质中。研究表明，FN固定在钛表面可以刺激黏着斑形成和基质合成，促进成纤维细胞增殖，改变细胞黏附和增殖相关基因的表达［21］。FN 促进成纤维细胞的连接，而LN促进角质形成细胞的附着。实验证明在钛种植体表面固定 LN 衍生的多肽 LamLG3，可以增强涂层的机械和热化学稳定性，并可以增强角质形成细胞的增殖和半桥粒的形成［22］。

3.3RGD 多肽序列

RGD 多肽序列存在于细胞外基质中，具有高度保守性，通过与细胞表面整合素特异性结合而调控细胞的黏附过程。研究表明，RGD 多肽序列修饰的钛表面可以显著促进成纤维细胞黏附活性，而当精氨酸或天冬氨酸残基被取代时，细胞结合活性丧失或降低［4，6］。相较于蛋白质修饰中存在的免疫原性、可降解性以及疏水表面可导致蛋白质变性等缺点，肽修饰表面的稳定性和成本效益更高，具有更好的研究优势和应用前景。

3.4生长因子

成纤维细胞生长因子（fibroblastgrowth factor，FGF）可以调节各种细胞外基质蛋白的分泌，促进新血管的形成。在二氧化钛纳米管表面固定FGF2可显著改善成纤维细胞的功能，如细胞附着增殖和细胞外基质相关基因的表达。但值得注意的是，其生物活性具有明显的双向性、浓度依赖性和时间依赖性，过高质量浓度的FGF2可能反而对成纤维细胞的增殖活性产生抑制作用，FGF2质量浓度推荐为500 ng/mL［23］。

综上，钛表面经仿生修饰后表现出更优异的组织相容性，在促进钛材料与软组织的黏附、提高种植修复周围软组织封闭方面具有很好的应用前景。修饰层会受到口腔唾液环境、冷热疲劳、机械刺激以及各种酶的作用。因此，如何固定这些功能成分，使其能够在口腔环境中稳定发挥功能是研究的难点。目前以丝素蛋白、PDA 等仿生材料为载体来固定生物功能分子，发挥二者的协同作用是未来的研究趋势。

4、仿生修饰的方法

直接利用简单的浸渍法，即将钛材料浸渍在含有特定浓度生物功能成分的溶液中即可实现生物功能分子在表面的直接固定，但钛表面一般需进行预处理，如氧等离子体处理［24］、氨基功能化（硅烷化）或激光蚀刻［21］。对于胶原仿生修饰也可利用阳极吸附法改善其与钛表面的吸附［25］。也有研究先通过电化学过程，随后采用浸渍法［20，26］。但是，有研究指出利用简单浸渍法与复杂的修饰技术（如阳极吸附法、化学交联法、共价键结合法）相比，其形成的钛表面的细胞学效果类似［25］。

另一方面，越来越多的研究支持首先在钛材料表面构建丝素蛋白、PDA等仿生涂层，再将上述生物功能分子固定在仿生涂层表面。此方法不仅更利于生物功能分子的稳定性，也可显著提升仿生涂层的生物相容性［4，14］。

5、涂层评价方法

5.1涂层稳定性能和结合力检测

涂层的稳定性能检测主要包括对比分析磷酸缓冲盐溶液浸泡前后涂层体积的变化（常通过免疫荧光技术）、表面元素含量变化（常通过X射线光电子能谱技术）或测定洗脱液中功能成分的溶解量（常通过酶联免疫吸附试验）等方法［14，23］。涂层结合力的检测方法主要包括剪切粘接强度、拉伸粘接强度及脱粘接模式分析。通过比较粘接强度大小、分析脱粘接模式的比例，可以反映涂层结合力强弱［7］。

5.2软组织黏附性能检测

进行软组织黏附性能评价包括蛋白水平、细胞水平或组织水平的分析，可进行体外2D细胞实验、体外3D细胞实验或体内试验。种植体与周围软组织上皮细胞的主要黏附结构为半桥粒，半桥粒与基质连接由整合素与 LN-332 介导，通过实时荧光定量 PCR、蛋白质免疫印迹等实验分别在基因和蛋白水平对整合素、LN-332及其他黏附相关蛋白的表达量进行检测，间接反映上皮细胞在修饰表面的黏附能力的强弱［27］。牙龈成纤维细胞是牙龈结缔组织的主要细胞，其功能主要包括参与细胞外基质的沉积和改建、分泌细胞因子和生长因子、与其他细胞建立细胞间接触。成纤维细胞的功能评估主要包括黏附、增殖、迁移、细胞外基质合成能力。成纤维细胞在待测基质表面增殖活性、细胞铺展能力、细胞外基质合成等的增加，表明材料表面更利于富含胶原的结缔组织及软组织封闭的形成。组织学水平分析主要评估种植体周围软组织尺寸、结缔组织比例、胶原纤维走向、软组织封闭性和软组织黏附强度等。其中，软组织封闭性是较为直观的评价指标，可通过渗透实验进行评估。利用示踪剂进行模型渗透率的评估可以反映界面的封闭质量。目前常用的示踪剂主要包括辣根过氧化物［28］、氚化水或其他放射性水等［29］。软组织黏附强度目前暂无直接的量化分析方法。有学者通过检测从软组织中拔除种植体所需的分离强度作为评价软组织黏附强度的量化指标，是一个有前景的实验方法［30］。

6、结语

钛的仿生表面改性逐渐成为研究热点。通过丝素蛋白、PDA、CS制备仿生涂层，或采用胶原、黏附相关蛋白、RGD多肽序列、生长因子等进行表面仿生修饰，均可在不同程度上改善钛材料与软组织的黏附性能，具有良好的应用前景。但同时如何提高仿生表面的长期稳定性仍为本领域的挑战，需要进一步探索及研究。

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（2022-04-30收稿2022-10-15修回）

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