卡尔斯鲁厄理工学院: 用纳米技术对抗细菌的高科技假牙

      纳米科技近来出现的重大进展正使世界发生革命性变化，并将在疾病治疗等领域带来重大变革。血管扩张支架是能够用于分析最小区域的实验室芯片，也可以用于组织重建3D细胞培养系统，使得微纳米技术和纳米技术在医疗领域发挥越来越重要的作用，同时又为移植学开创了崭新的领域。

      卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的科学家与牙科移植专家共同研发了一种具有纳米结构的表面，其不仅可以加速移植后伤口的愈合能力，还能更好地保护它免受细菌的感染。
 

扫描电镜图像:大肠杆菌试图与纳米结构模型的表面进行对接。(图片来源：Patrick Doll, KIT)

      “微纳米技术可以持久改善牙种植体(牙种植体是指为了支持义齿修复的上部结构，用外科手段在上颌或下颌颌骨内或颌骨表面植入人工材料设计的装置)，” Andreas Guber 教授和Ralf Ahrens博士说，身为KIT微结构技术研究所生物医学微技术（BioMEMS）研究小组的负责人。现代牙科植入物包括固定在颚骨中以替换牙根的钛螺钉，用于替换牙齿的由钛制成的连接牙桥和可见牙冠。

      钛是作为选材的不二材料。首先，它是世界上公认的无毒元素；其次，钛具有生物相容性，能够确保螺钉在骨骼中的良好生长，这也称为骨整合。到目前为止，对牙科植入物的优化主要集中在钛螺钉的表面上，以进一步改善该过程。然而，即使在骨整合成功后，牙植物依然可能会发炎。

      一般，细菌入侵的主要通道是基牙。如果牙龈与基牙没有完全接触，则可能形成空隙，细菌可通过这个缝隙到达颚骨并引发炎症。在这种情况下，就必须再次移除已经植好的植入物。

      BioMEMS团队现在正着手解决这一问题。该研究基于由专家“Abutments4Life”开发的优化基牙，比头发直径还要小的凹槽围着基牙循环，并将负责愈合伤口的细胞引导至正确的方向。这样，伤口就可以快速愈合了。

      “我们的出发点是整个系统，”IMT科学家Patrick Doll说。因此下一步的开发将主要集中在两个方面：定位更精确的凹槽结构，以便更好地引导细胞识别；并寻找细菌无法附着的最佳纳米表面。

      Patrick Doll利用电子束光刻系统，生产了直径为100纳米、高度为500纳米的柱状结构。随后将该结构用于与典型的测试细菌进行粘附实验，例如金黄色葡萄球菌，大肠杆菌或铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）。

      此外，结构也不断发生变化。所以细菌的粘附力降低并且生物膜的形成被延迟，实验的结果取决于柱状体之间的距离和排列方式。因此，恢复细胞才能有更多时间愈合伤口，否则只能使用抗生素加快实现这种效果。

      “我们认为我们的结构前途无量，”Doll强调说。硅基纳米结构的生产技术很成熟，而且可再生。在这个项目中，科学家们还开发了钛的使用方法。在实验室的第一阶段过后，很快就会进行临床前的测试。因此，除了牙科医学，专家还可以看到该技术在骨板、听觉植入物或人工关节等的应用潜力。