在骨科，氮化硅植入物已應(yīng)用于脊柱修復(fù)和關(guān)節(jié)植入術(shù)。作為牙科種植體材料，氮化硅斷裂韌性高，抗壓強度與人體骨相似，可以滿足種植體的基本力學(xué)要求，氮化硅具有良好的生物相容性，氮化硅表面的微米/納米級形貌賦予其良好的成骨和抗菌性能，有助于降低種植體周圍炎的發(fā)生率，因此，氮化硅在牙科種植體方面具有很好的應(yīng)用潛力。

圖 氮化硅牙科植入物，來源：SINTX

一、氮化硅在牙科種植體應(yīng)用優(yōu)勢

①氮化硅獨特的表面特性

影響種植體生物活性的表面特性包括表面形貌、化學(xué)成分和生物物理特性（親水性）。

氮化硅的表面通常顯示出由突出的棒狀 β?氮化硅晶粒（直徑1～2 μm）組成的微粗糙表面，其具有六邊形橫截面，并相互交織形成獨特的微米/納米級形貌。拋光后，氮化硅表面棒狀晶?；鞠砻婀饣?，具有微米級/納米級的氣孔。具有微粗糙表面形貌的植入物可以與細(xì)胞和組織相互作用，從而對骨整合產(chǎn)生積極的影響。

由于氮化硅在氧化或含水環(huán)境中熱力學(xué)不穩(wěn)定，其表面通常覆蓋一層厚度約為 3～5 nm 的氧化層，由氮氧化硅組成，存在硅氮、硅氮氧和硅氧鍵。由于這種氧化，氮化硅的組成從原本的純硅氮鍵到氧化層內(nèi)部區(qū)域的硅氧氮，再到表面的硅氧，若是氧化層足夠厚，其組成相當(dāng)于二氧化硅。當(dāng)暴露于水介質(zhì)時，Si-N鍵會反應(yīng)形成Si-OH和NH3。

在恒定 pH 值（7.4）的水介質(zhì)中，氮化硅表面的主要官能團為 Si-O、Si-NH3和 Si-NH2。這些親水性基團使氮化硅表面表現(xiàn)出良好的潤濕性，有利于成骨細(xì)胞的黏附，促進早期成骨。

②氮化硅具有良好成骨性

氮化硅材料的優(yōu)秀成骨性能依賴于以下諸多機制。首先是氮化硅的微粗糙表面以及親水性，可以增加成骨細(xì)胞黏附，這是后期成骨分化、基質(zhì)礦化和骨再生的基礎(chǔ)。其次，氮化硅表面特有的生化反應(yīng)提供了硅酸根離子（SiO4）4?、氨以及一氧化氮，氮化硅表面硅酸和含氮化合物的釋放增強了細(xì)胞的代謝、增殖、以及成骨向分化活性。硅酸和含氮化合物可以通過上調(diào)骨保護素和骨形態(tài)發(fā)生蛋白 2 的表達來影響成骨細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生活性，在強烈刺激成骨細(xì)胞分化的同時，它們也抑制破骨細(xì)胞的形成。并且，Si 和 N 元素可以刺激骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨向分化，加速骨生長。同時，（SiO4）4?和 N 離子在骨磷灰石形成中為成骨細(xì)胞的活動提供了有利的化學(xué)環(huán)境，例如表面電荷對蛋白質(zhì)折疊、細(xì)胞遷移運動和增殖的促進作用，以及對相關(guān)生物學(xué)信號的調(diào)控。還有，硅酸根的析出可營造出弱堿性環(huán)境。弱堿性微環(huán)境可對成骨細(xì)胞增殖和隨后的成骨細(xì)胞分化產(chǎn)生積極影響。在體內(nèi)這些因素和周圍組織和細(xì)胞的綜合作用有助于氮化硅種植體與周圍骨組織的結(jié)合。

③氮化硅具有抗菌活性

與氧化鋯（ZrO2）、聚醚醚酮（PEEK）、鈦（Ti）和鈦合金相比，氮化硅可以有效抑制表皮葡萄球菌和大腸桿菌的生長。與鈦和氧化鋯相比，氮化硅對牙齦卟啉單胞菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的菌落形成均有抑制作用。且氮化硅在活菌/死菌染色中表現(xiàn)出強的紅色熒光，說明氮化硅導(dǎo)致了大量的牙齦卟啉單胞菌死亡。說明氮化硅不僅抑制細(xì)菌的黏附，還有一定的抗菌性能。

圖源網(wǎng)絡(luò)

氮化硅表面的微米/納米級形貌有效減少細(xì)菌定植是其主要的抗菌機制之一。氮化硅表面的Si?O、Si?NH3+ 和 Si?NH2等主要官能團為其創(chuàng)造一個親水表面。而這種親水的氮化硅表面通過蛋白質(zhì)吸附和細(xì)胞粘附阻礙了細(xì)菌生物膜的形成。在生理 pH 的水溶液條件下，氮化硅能將氫原子從 Si?OH 基團中解離出來，使其表面帶負(fù)電荷。通過靜電作用阻礙細(xì)菌附著。同時氮化硅表面?NH2基團的反應(yīng)自發(fā)釋放的氨增加了介質(zhì)的 pH，導(dǎo)致建立了不利于細(xì)菌粘附的弱堿性環(huán)境（pH 值約為 8.5），也影響了細(xì)菌的代謝。另一方面，釋放出的氨（NH3）會形成過氧亞硝酸鹽（ONOO?），這會影響細(xì)菌的正常新陳代謝，導(dǎo)致它們死亡。

④氮化硅具有阻射性

氮化硅具有部分阻射性。通過影像學(xué)檢查清楚地看到種植體與周圍骨組織的結(jié)合情況，而且不會像鈦種植體一樣在牙科錐體束CT掃描中出現(xiàn)放射偽影的問題。并且，氮化硅陶瓷種植體的射線密度與牙釉質(zhì)相當(dāng)。因此，可以準(zhǔn)確評價氮化硅種植體與周圍組織，特別是骨組織接觸的密合性。

圖 氮化硅種植體成像，網(wǎng)絡(luò)

二、氮化硅在牙科種植體應(yīng)用難題

目前，氮化硅材料應(yīng)用于牙科種植體還存在以下問題：

①氮化硅材料的傳統(tǒng)加工方法成本高，由于氮化硅具有很高的硬度，傳統(tǒng)的氮化硅植入物通常需要制造后經(jīng)金剛石加工和拋光才能生產(chǎn)出所需的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)，所需成本可能較高；

②關(guān)于氮化硅生物活性的臨床研究尚不充分，氮化硅的抗菌性能，雖然已在動物實驗中得到證明，但還缺乏進一步的臨床研究來評估；

③關(guān)于氮化硅材料口腔致病菌抗菌性研究不足，已有研究表明氮化硅對于牙齦卟啉單胞菌等細(xì)菌具有抗菌性，但當(dāng)其作為牙科種植體時，它還可能會面對伴放線放線桿菌、中間普氏菌等口腔細(xì)菌的侵襲，目前相關(guān)研究尚存空白，難以針對臨床問題形成較好的指導(dǎo)意見；

④氮化硅目前的動物實驗研究主要集中在長骨、顱骨等，對于頜骨植入氮化硅后的成骨活性和抗菌性能方面研究還不充分。

來源：氮化硅陶瓷在牙科種植體方向的應(yīng)用前景，鄒蓉芳，等.

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