氟离子、口腔细菌及其代谢产物对钛植入材料具有明显的腐蚀作用,然而腐蚀机理尚不清楚。本项目拟采用高效液相色质连用技术、原位时间分辨红外光谱、荧光染色技术、原位原子力显微镜及电化学方法等手段,研究模拟口腔环境中氟离子、血链球菌及其主要代谢产物乳酸对几种常用口腔植入钛合金材料的腐蚀影响,探明氟离子、乳酸、血链球菌共同存在时钛合金在模拟口腔环境中的腐蚀规律,结合热力学研究及动力学分析从分子水平揭示氟离子、乳酸、血链球菌在钛合金表面的综合作用机理。通过本项目建立一套针对口腔环境中钛合金腐蚀研究的工作程序。结果有助于深入研究钛合金在多菌群复杂口腔环境中的腐蚀机理,为更好地研究及选择、应用钛合金口腔植入材料奠定基础。
fluoride ion;Titanium and its alloys;Streptococcus sanguis;biofilm;lactic acid
钛及其合金以其良好的耐蚀性、机械性能和生物相容性被广泛地应用于牙科领域。口腔是一个复杂的电解质环境,植入牙科材料在行使其功能时,极易发生各种腐蚀。随着人们对牙科材料的深入开发和研究,口腔环境中植入牙科材料的微生物腐蚀已引起越来越多学者的高度重视。在众多的口腔微生物中,血链球菌是主要的腐蚀性细菌之一。由于血链球菌进行无氧糖酵解的主要代谢产物为乳酸,乳酸对钛材腐蚀的影响也受到了国内外研究者的高度关注,然而,血链球球菌及乳酸对钛合金的腐蚀影响及机理尚不清楚。随着人们对口腔保护的高度认识,含氟口腔清洁产品也日益受到人们的青睐,但随着氟离子摄入量的增大容易造成合金材料发生腐蚀;然而微生物与氟离子共同存在对钛及其合金的腐蚀情况的尚未见报道。基于此,本项目在国家自然科学基金项目的资助下采用荧光染色技术、红外光谱、扫描电镜、原子力显微镜、电化学技术等手段,研究了纯钛、Ti-6V-4Al、TiNi等几种常用口腔植入钛材模拟口腔环境中的腐蚀性为,随后又研究了氟离子、血链球菌及其主要代谢产物乳酸对钛材腐蚀行为的影响,进而研究了氟离子、乳酸、血链球菌共同存在时的腐蚀规律。结果表明在空白模拟口腔介质中钛材都具有明显的钝性,其表面TiO2膜具有较强的腐蚀抑制性能,然而随着随氟离子、乳酸、血链球菌的加入,其局部破坏明显加剧,尤其随乳酸、血链球菌的加入点蚀电位不仅明显降低,而且出现了活化腐蚀的现象。血链球菌极易在钛材表面吸附,且最终都会形成大小不一的微生物膜。由于血链球菌生理代谢活动,模拟口腔环境溶液呈明显的弱酸性,其酸性代谢产物与微生物膜的共同作用导致明显的局部腐蚀发生;通过氟离子加入前后的菌落计数观察,发现氟离子确实能够抑制血链球菌的生长,然而氟离子与血链球菌共同存在时却加速了钛材的腐蚀。通过该研究我们探明了氟离子、乳酸、血链球菌共同存在时的腐蚀规律并揭示了其在钛材表面的综合作用机理。通过本项目的实施,项目组建立了一套针对口腔环境中钛合金腐蚀的研究工作程序,为深入研究钛材在多菌群复杂环境中腐蚀机理研究奠定了基础。