在骨科，氮化硅植入物已應用于脊柱修復和關節植入術。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生率，因此，氮化硅在牙科種植體方面具有很好的應用潛力。
圖 氮化硅牙科植入物，來源：SINTX
一、氮化硅在牙科種植體應用優勢
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，氮化硅表面棒狀晶粒基本消除，表面光滑，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胞和組織相互作用，從而對骨整合產生積極的影響。
由于氮化硅在氧化或含水環境中熱力學不穩定，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部區域的硅氧氮，再到表面的硅氧，若是氧化層足夠厚，其組成相當于二氧化硅。當暴露于水介質時，Si-N鍵會反應形成Si-OH和NH3。
在恒定 pH 值（7.4）的水介質中，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出良好的潤濕性，有利于成骨細胞的黏附，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，可以增加成骨細胞黏附，這是后期成骨分化、基質礦化和骨再生的基礎。其次，氮化硅表面特有的生化反應提供了硅酸根離子（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骨保護素和骨形態發生蛋白 2 的表達來影響成骨細胞的形態發生活性，在強烈刺激成骨細胞分化的同時，它們也抑制破骨細胞的形成。并且，Si 和 N 元素可以刺激骨髓間充質干細胞的成骨向分化，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胞的活動提供了有利的化學環境，例如表面電荷對蛋白質折疊、細胞遷移運動和增殖的促進作用，以及對相關生物學信號的調控。還有，硅酸根的析出可營造出弱堿性環境。弱堿性微環境可對成骨細胞增殖和隨后的成骨細胞分化產生積極影響。在體內這些因素和周圍組織和細胞的綜合作用有助于氮化硅種植體與周圍骨組織的結合。
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/死菌染色中表現出強的紅色熒光，說明氮化硅導致了大量的牙齦卟啉單胞菌死亡。說明氮化硅不僅抑制細菌的黏附，還有一定的抗菌性能。
圖源網絡
氮化硅表面的微米/納米級形貌有效減少細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造一個親水表面。而這種親水的氮化硅表面通過蛋白質吸附和細胞粘附阻礙了細菌生物膜的形成。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，使其表面帶負電荷。通過靜電作用阻礙細菌附著。同時氮化硅表面?NH2基團的反應自發釋放的氨增加了介質的 pH，導致建立了不利于細菌粘附的弱堿性環境（pH 值約為 8.5），也影響了細菌的代謝。另一方面，釋放出的氨（NH3）會形成過氧亞硝酸鹽（ONOO?），這會影響細菌的正常新陳代謝，導致它們死亡。
④氮化硅具有阻射性
氮化硅具有部分阻射性。通過影像學檢查清楚地看到種植體與周圍骨組織的結合情況，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相當。因此，可以準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，網絡
二、氮化硅在牙科種植體應用難題
目前，氮化硅材料應用于牙科種植體還存在以下問題：
①氮化硅材料的傳統加工方法成本高，由于氮化硅具有很高的硬度，傳統的氮化硅植入物通常需要制造后經金剛石加工和拋光才能生產出所需的形狀、尺寸和結構，所需成本可能較高；
②關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菌具有抗菌性，但當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菌的侵襲，目前相關研究尚存空白，難以針對臨床問題形成較好的指導意見；
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用前景，鄒蓉芳，等.
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