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研究目的目前,种植修复逐渐成为治疗牙列缺损及牙列缺失的主要方案之一。随着种植牙数量的增加,种植术后的生物并发症也逐年增加,其中最为常见的是种植体周围炎症。种植体周围炎可发生在种植体的骨结合之前、期间或之后,其首选的治疗方案是非手术治疗,仅在骨吸收严重时才选择手术治疗。光动力疗法（photodynamic therapy,PDT）是指利用低能量的激光激活光敏剂以产生光动力效应来治疗疾病的一种新技术,其技术核心为光动力。将PDT用以控制细菌、病毒、真菌所致感染的化学治疗方法,称为光动力抗菌疗法（antimicrobial photodynamic therapy,APDT）。将外源性的光敏剂注入种植体周围的牙周袋内,采用低能量激光激活,可达到消除牙周袋内致病微生物的目的。此外,APDT拥有无创抗菌,且不产生耐药性的优势。因而,PDT可作为种植体周围炎的替代或辅助治疗手段。目前PDT在种植修复领域内主要被应用于治疗种植体周围炎,而PDT的原理是否可应用于种植体周围炎的预防,目前少有报道。抗菌光热疗法（antibacterial photothermal therapy,APTT）可利用光热剂（photothermal agents,PTAs）提高温度,进而破坏细菌的细胞膜系统,有效地杀死细菌。该疗法抗菌精度高、不易产生细菌耐药性,因而被认为是一种创新可行的微生物控制手段。但是,过高的温度可能会对正常细胞产生不可逆的损伤,这使得APTT在体内的抗菌应用受到一定程度的限制。研究表明NIR可降低炎性细胞内炎症标志物,抑制M1型巨噬细胞的活化。体外实验还表明,NIR还可以促进伤口愈合,减轻炎症,增加成纤维生长因子受体1（fibroblast growth factor receptor 1,FGFR1）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）的表达。同时,温和加热（mildheat）可以刺激成骨细胞前体细胞的增殖和/或分化,从而促进骨再生。另外,温和加热还可作为抗菌药物缓释系统的开关,通过定时触发温度敏感的载药薄膜,实现对抗菌药物剂量大小和给药时间的灵活调控。然而,目前尚缺乏生物相容性好、光热转化率高且升温灵敏可控的光热材料,以实现体内的温和加热。为此,本文拟从以下两个方面入手,对解决上述问题进行初步探索:（1）开发新型光催化抗菌材料制备工艺,用光催化抗菌材料对纯钛表面进行修饰,从而提高纯钛表面的抗菌性能,探索该材料后续应用体内,达到预防种植体周围炎的目的。（2）初步构建新型的光热纳米材料,提高材料的光热性能、自身的稳定性及光热转化率,研究该材料本身的抗菌活性,评价其生物安全性能,并探索该材料后续应用于体内,通过温和加热促进组织愈合及缓释抗生素的可行性。研究方法（1）纯钛表面原位制备TiN涂层及其性能研究目前钛种植体的应用已成为替代缺失牙的常规方法,但是纯钛材料表面不具备抑菌性,容易导致细菌黏附并形成抗生素难以清除的生物膜。为了增强种植体穿龈部分软组织的抵抗力,阻止细菌入侵,保证种植体周围软硬组织的健康,我们以纯钛为原料,在集成有自动配气和电子流量计的自制反应腔中进行激光气相合成,通过控制激光输出功率优化照射钛箔的功率密度,优化氮气（纯度99.9%）流量,在纯钛表面形成氮化钛（TiN）纳米涂层;利用X射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线光电子能谱（XPS）等手段检测分析了合成材料的物相组成和化学成分;利用场发射扫描电镜（FE-SEM）、原子力显微镜（AFM）技术研究了膜层表面的形貌特征及表面粗糙度等表面性质;通过接触角试验测试材料的亲水性;使用Uv-Vis检测TiN涂层在可见-近红外光区的吸收光谱;通过CFUs实验检测研究可见光下TiN涂层对细菌早期生物膜形成的影响;通过SEM、激光扫描共聚焦显微镜（CLSM）等手段研究TiN涂层的抗菌机理;通过EdU实验研究了 TiN涂层对人类成纤维细胞NIH 3T3细胞增殖能力的影响;通过细胞骨架实验研究了 TiN涂层的细胞毒性。（2）不同形貌CoP光热纳米材料的合成及其性能研究利用红外光可激活的新型纳米材料可以对种植体周围炎部位实现温和加热,促进组织愈合、增强种植体抗菌能力、实现抗生素的可控缓释,我们通过绿色环保的水热法联合磷化工艺合成了一系列不同形貌的磷化钴纳米结构（1D-CoP纳米线、2D-CoP纳米片和3D-CoP纳米立方）以实现温和加温。我们利用XRD、HRTEM、XPS等手段分析了 CoP合成材料的物相组成和化学成分;利用FE-SEM研究了三种不同形貌的CoP前驱体及CoP纳米材料的形貌特征;通过水溶液激光照射实验检测了形貌对光热性能的影响、且计算出1D-CoP纳米线的光热转换效率;通过激光循环开关实验检测1D-CoP纳米线的光热稳定性;使用Uv-Vis检测CoP在可见-近红外光区的吸收光谱;通过CFUs实验检测三种不同形貌的CoP纳米材料的抗菌性能;通过SEM、CLSM等手段研究CoP纳米材料的抗菌机理;通过细胞活死实验及CCK8实验检测CoP纳米材料的生物相容性。结果（1）纯钛表面原位制备TiN涂层及其性能研究激光原位合成工艺在纯钛表面构建了连续的TiN涂层。成分分析证明,TiN纳米涂层主要含有物相为TiN纳米颗粒;表面形貌显示,TiN涂层表面呈现菜花状多级纳米结构,菜花上的圆形突起物由许多微孔组成;TiN涂层表面粗糙度增加,激光氮化后Ra值增加到42.4nm;TiN涂层具有良好的表面润湿性能,激光氮化后润湿角降低至31.1°;通过CFUs实验检测到可见光下TiN涂层抑制细菌早期生物膜形成,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抑制率都大于60%;SEM显示细菌在TiN涂层光照培养后细菌数量显著减少,部分细菌形态改变;CLSM结果显示细菌经TiN涂层光照培养后视野范围红色死菌的数量增加;EdU实验研究了 TiN涂层细胞EdU阳性率升高,TiN涂层促进NIH 3T3细胞的增殖;骨架实验证实了 NIH3T3细胞在TiN涂层可形成良好的黏附与伸展,可见大量板状伪足与丝状伪足。以上实验结果提示TiN涂层具有优越的抗菌性能,良好的生物相容性,非常适合用作种植体穿龈部分的表层材料。（2）不同形貌CoP光热纳米材料的合成及其性能研究本研究成功构建了一维纳米线、二维纳米片和三维纳米立方三种不同形貌的CoP纳米材料,所有制备的CoP纳米材料都表现出了良好的光热性能,这归功于它们强大的近红外（near-infrared,NIR）吸收能力。其中,长度约10μm、直径约200-400 nm的1D-CoP纳米线表现出最佳的光热效率及较高的光热稳定性,这可能与它们较高的纵横比有关。在近红外光照射20min后,1D-CoP纳米线悬浮液（100μg/ml）的温度提高了 45.4℃,远远高于2D-CoP纳米片（25.5℃）和3D-CoP纳米立方（26.9℃）。我们还发现,通过调整CoP纳米材料的浓度,可实现对温度升高幅度的精确调控。作为升温调控研究的一部分,我们使用较高浓度的CoP纳米材料研究了不同形貌CoP纳米材料对S.aureus和E.coli的抑菌活性。我们发现,在近红外照射下,1D-CoP纳米线（100μg/ml）可在30min内有效抑制革兰氏阳性菌株S.aureus和革兰氏阴性菌株E.coli等浮游细菌的生长,抑制率超过99%。相同浓度的2D-CoP纳米片和3D-CoP纳米立方对S.aureus和E.coli的抗菌效率也均达到60%。此外,三种形貌的CoP纳米材料与小鼠成骨样细胞MC3T3-E1共同孵育时均表现出了很高的细胞相容性。以上研究成果提示,形貌在近红外驱动材料的光热性能中起着重要的作用,我们可以通过调整CoP纳米材料的形貌和浓度,可实现体内精确可控的温和加热,为后续实现种植体周围炎愈合及抗生素缓释给药的目的提供了新的思路及理论依据。结论综上所述,我们设计、合成了两种基于光响应的纳米材料:TiN纳米涂层及CoP纳米材料。TiN涂层具有较宽的Uv-Vis吸收光谱,表现出良好的可见光响应特性,在可见光的照射下能够明显抑制革兰阳性菌（S.aureus）及革兰阴性菌（E.coli）的生长,同时TiN涂层能够促进细胞增殖和粘附,利于形成良好的种植体周围软组织封闭。CoP纳米材料具有良好的光热性能及光热稳定性,光热性能与材料的形貌相关,通过控制材料的形貌及浓度,实现光热温度可控,同时材料表现出优异的抗菌特性和良好的生物相容性。这两种材料互相补充,能够克服光响应抗菌的不足又能够降低光热材料的高温对组织的损伤,为将来更好地预防和治疗种植体周围炎提供了新的思路及理论和实践依据。创新点（1）材料合成方法绿色环保、可重复性好。激光加工对基体的热影响区域小、对加工工件一般不产生热形变、对周围环境污染少,本实验我们采用激光氮化的方法,在纯钛表面形成了 TiN涂层。水热法操作简单、实用性广、环境污染小,我们采用水热法联合磷化工艺合成了三种不同形貌的CoP纳米材料。（2）将光动力抗菌治疗应用于种植体周围炎的预防。从光敏材料角度入手,在纯钛的表面制备了 TiN涂层,该涂层可以增强成纤维细胞的粘附,并可以促进成纤维细胞的增殖,从而可以提高种植体传龈部位的软组织封闭,避免种植体周围炎致病菌及其毒性产物侵袭种植体周围软组织导致上皮分离,预防种植体周围炎的发生。在可见光照射下,该TiN涂层可以表现出优异的抗菌活性,达到预防种植体周围炎的目的。（3）将光热抗菌疗法应用于种植体周围炎的治疗。从光热材料入手,合成三种不同形貌的CoP纳米材料,通过改变CoP纳米材料的形貌或者浓度,其光热性能、抗菌性能亦不同,可以达到温和加热的目的,既能取得理想的抗菌效果,又可以避免损伤种植体周围正常的组织。