本研究由Yingyue Liu（北京大学口腔医学院修复科）、Jianfeng Zhou、Yang Yang、Miao Zheng（北京大学口腔医学院修复科）、Jianjun Yang（青岛大学医学院附属医院口腔颌面外科）及通讯作者Jianguo Tan（北京大学口腔医学院修复科）合作完成，发表于Colloids and Surfaces B: Biointerfaces期刊2015年第136卷（74-83页）。研究聚焦于牙科种植体修复领域中氧化锆（zirconia）材料的表面改性，旨在通过聚多巴胺（polydopamine, PDA）涂层技术提升其软组织整合性能并抑制细菌黏附。
学术背景
氧化锆因其优异的机械性能、生物相容性及美学效果，已成为钛种植体的替代材料。然而，其生物惰性表面限制了软组织整合能力，且现有表面改性方法多集中于促进骨整合（osseointegration），对软组织界面（soft-tissue interface）的研究较少。种植体周围软组织的封闭质量（peri-implant soft-tissue seal）是影响长期成功率的关键因素，其中人牙龈成纤维细胞（human gingival fibroblasts, HGFs）的黏附与增殖能力及早期细菌定植（bacterial colonization）是核心问题。本研究提出通过PDA涂层技术改善氧化锆表面特性，以增强HGFs响应并减少口腔细菌（如Streptococcus gordonii和Streptococcus mutans）黏附。
研究流程
1. 材料制备与表征
- 样本制备：将氧化锆圆盘（直径20 mm，厚度2 mm）抛光后，浸入多巴胺溶液（2 mg/mL，pH 8.5）中室温震荡24小时，形成PDA涂层（PDA-zirconia）。
- 表面表征：
- 形貌分析：通过扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察表面形貌，显示PDA涂层呈部分聚集态，粗糙度（Ra）从0.065 μm轻微增至0.071 μm（无统计学差异）。
- 润湿性：接触角测试表明PDA涂层使表面亲水性显著提升（从78°降至64°）。
- 化学组成：X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱（Raman spectroscopy）证实PDA成功沉积，表现为氮元素含量增加（3.4%→6.68%）及特征峰（1350 cm⁻¹和1600 cm⁻¹）出现。
2. 细胞实验
- 细胞培养：从人牙龈组织中分离原代HGFs，培养至第3-6代用于实验。
- 黏附与增殖：CCK-8实验显示，PDA-zirconia组在3小时至7天的各时间点均显著促进HGFs黏附与增殖（p<0.01），尤其在3天时差异最大。
- 形态学分析：共聚焦显微镜（CLSM）和SEM显示，PDA组细胞铺展面积和周长显著增加（p<0.05），伪足形成活跃，而对照组细胞呈球形且铺展受限。
- 蛋白与基因表达：ELISA检测显示，PDA组7天后胶原I型（Col-I）分泌量显著升高（p<0.05）。实时定量PCR（qPCR）表明，PDA涂层上调整合素α5、β1、β3和纤连蛋白（fibronectin, FN）基因表达，下调整合素α2，提示PDA通过促进FN基质组装增强细胞三维黏附。
3. 细菌实验
- 唾液涂层：将氧化锆盘浸入25%无菌唾液模拟口腔环境。
- 细菌黏附：SEM和CLSM（Live/Dead染色）显示，PDA涂层显著减少S. gordonii（1.73%→0.91%）和S. mutans（3.06%→1.85%）的黏附面积（p<0.01）。
主要结果与逻辑关系
- 表面改性成功：PDA涂层通过化学键合（如C-N键）稳定覆盖氧化锆表面，且亲水性提升为后续生物学效应奠定基础。
- 细胞响应增强：PDA通过上调整合素α5β1和FN表达，激活HGFs的黏附信号通路，促进细胞铺展、增殖及Col-I分泌，从而模拟天然软组织愈合过程。
- 抗菌效应：PDA的负电荷特性可能减少带负电唾液蛋白吸附，进而抑制细菌初始定植。
结论与价值
本研究证实PDA涂层是一种简单、环保的氧化锆表面改性技术，可同步提升软组织整合能力（通过促进HGFs功能）和抗菌性能。其科学价值在于揭示了PDA通过整合素-FN通路调控细胞行为的分子机制；临床应用价值在于为种植体穿龈区域（trans-gingival region）的表面设计提供了新策略。
研究亮点
- 创新性方法：首次将PDA涂层应用于氧化锆的软组织界面优化，填补了该材料在软组织整合研究中的空白。
- 双功能效应：单一涂层同时实现促细胞黏附与抗菌，避免传统改性中“促细胞-抗菌”性能的矛盾。
- 机制深入：从基因水平阐明了PDA调控HGFs黏附分化的分子通路（整合素α5β1/FN轴）。
其他价值
研究局限性在于未模拟口腔内细菌与细胞竞争黏附的复杂环境，未来需通过动物实验验证PDA涂层在体效果。此外，PDA的安全性与免疫相容性仍需进一步评估。