作者：四川大学华西口腔医院修复1科（侯楚萍）；四川大学华西口腔医院锦江门诊部（陈
口腔种植修复是牙列缺损和牙列缺失的一种重要修复方式。钛由于其优异的机械、化学性能、良好的耐腐蚀性和生物相容性，是目前种植修复临床应用最广泛的材料。然而，随着临床应用的增多，钛种植体的一些弊端也逐渐被人们所发现，包括钛金属颜色的美观问题等等。因此，寻找新的种植材料是有意义的。氧化锆植入材料被认为是一种很有前景的钛替代材料。目前许多研究已经证实了氧化锆陶瓷具有良好的机械性能、生物相容性、骨结合效果和软组织反应，满足临床种植标准；因其颜色与牙齿相近，与钛相比具有更优异的美学效果。
由此可见，氧化锆材料在口腔种植领域具有非常广阔的应用前景。同时，它在骨科领域例如髋关节植入材料等方面同样有着重要的应用价值。除了种植体稳定性、骨结合等相关问题，种植体相关感染也与种植成功与否息息相关。口腔种植体感染会导致种植体周围炎、种植体周围黏膜炎和机械松动等并发症，其中种植体周围炎是导致种植体失败最常见的原因之一。
这是因为在术中或术后，种植体表面发生细菌定植，刺激周围组织发生炎症反应，破坏邻近软组织，并伴有超出正常生理重塑的骨质流失而产生的。由此可见，改善植入材料抗菌性能、减少生物材料感染对于提高种植的成功率非常重要。目前，已有文章对钛植入材料通过表面改性及涂层等方法预防感染的策略进行了总结。
尽管有许多研究发现与钛种植材料相比，细菌在氧化锆材料表面表现出较低的吸附水平，但氧化锆本身并不具有抗感染的特性。因此，如何在保证植入材料其他性能良好的前提下改善氧化锆材料的抗菌性能，从而减少植入物相关感染的发生是生物医学领域具有重要意义的研究方向。对于氧化锆材料的抗菌改性方法，最常见的是对材料进行表面处理。从概念上讲，表面处理根据处理效果可以分为涂层法和非涂层表面改性。除此以外，还可通过将氧化锆与其他材料混合获得具有抗菌作用的氧化锆基复合材料。本文将根据上述分类方法对近年来有关改善氧化锆材料抗菌性能方法的研究进行综述。
1.涂层法
涂层法是指在氧化锆材料表面通过不同策略覆盖一层具有生物活性的物质，即在材料表面形成附加层，从而达到抗菌的目的。其抗菌机制主要体现为：一方面是覆盖的物质本身具有灭杀细菌、抑制细菌生长的作用，另一方面是涂层可以改变材料表面性能、促进种植体与周围软组织的整合，从而减少细菌的粘附和定植。
1） 含银纳米粒子(silver nanoparticles, AgNPs)涂层
银因其广谱有效性、低耐药性和高效率一直是抗菌表面制备的研究热点。与微尺度银颗粒相比，AgNPs具有更大的表面积-体积比的优势，在较低浓度时也能达到相同的抗菌效果。其抗菌机制包括调节细胞信号和氧化应激的产生等。Yamada 等人提出一种将固定化的AgNPs 包覆在钇稳定氧化锆(yttria-stabilized zirconia, YSZ)基底的简便方法，即在烧结而成的YSZ 样品上涂上AgNPs分散液，干燥后将样品退火。
这种方法可以使AgNPs均匀分散在YSZ基体上。该材料被证明对导致牙科和骨科领域生物材料相关感染的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌具有广泛的抗菌活性，且抗菌活性的大小取决于AgNPs的浓度。其杀菌机制是接触灭杀，而非银离子介导。在AgNPs细胞毒性方面，研究发现当涂层浓度较低时，其细胞毒性也很小。
Goldschmidt等人提出在氧化锆陶瓷材料表面包覆含AgNPs的磷酸钙仿生涂层从而改善其抗菌性能。具体方法是将氧化锆陶瓷置于含有不同浓度AgNPs的浓缩模拟体液中孵育。研究表明该涂层对
另外，有研究提出一种对高透氧化锆进行表面改性的方法，即采用铝硅酸盐真空或非真空烧结技术，在高透氧化锆表面构建光滑或多孔涂层形貌，然后将样品浸润于
该方法利用了铝硅酸盐多孔结构的承载能力和AgNPs的抗菌、抗炎作用。结果显示通过非真空烧结的多孔涂层方法可以获得尺寸更小、数目更多的AgNPs，且获得的材料具有良好的抗菌性能、生物相容性、抗炎作用、半透明
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氟化钠对天然牙齿中变异链球菌的抗菌作用是众所周知的。其抗菌机制主要表现为：当细胞外环境的pH值降低时，氟化钠中的氢离子和氟离子扩散到细菌细胞中，并以氟化氢的形式存在于细胞质中。这种氟化氢的流入直接或间接地影响细菌的生长和致龋性。提示了氟化钠作为抗菌涂层材料的潜在研究方向。
Oh等人将含有银纳米颗粒和氟纳米颗粒的玻璃陶瓷粉末镀在氧化锆表面，发现这种被含有银和氟化钠的玻璃陶瓷粉末包覆的氧化锆粘附的变异链球菌减少，且对成骨细胞的活化没有影响。尽管本实验的研究背景针对的是氧化锆全瓷冠材料的抗龋问题，但该方法也为氧化锆作为植入材料时的抗菌改性提供了一个很好的方向。
Oda等人通过将氧化锆盘浸泡在2%氟化钠溶液中研究了氟化钠在氧化锆种植体表面的抗菌效果，发现氟化钠溶液的处理降低了血链球菌、戈登链球菌和口腔链球菌在材料样品表面的粘附。由于链球菌是早期定植细菌的一部分，且能通过粘附在种植体基台表面来启动种植体周围炎的发展，因此使用氟化钠溶液处理氧化锆种植体可能是预防种植体周围炎的一种潜在方法。
3） 碱性氧化镁膜
细胞呼吸是大多数细菌和细胞产生ATP最有效的方法，而ATP是正常代谢活动所必需的。与细胞不同，细菌的电子传递呼吸链嵌在细胞膜中，使其呼吸作用很容易受到外部环境的影响。氧化镁可以与水缓慢反应生成碱性微环境，这种碱性表面不仅可以通过削弱跨膜质子浓度梯度来干扰细菌的呼吸作用，导致细菌的能量代谢受阻，还能激活细菌的氧化应激，导致细菌死亡。同时副产物只有生物相容性良好的Mg2+，减少了对其潜在毒性影响的担忧。
在此基础上，Tan 等人提出一种通过应用溅射技术获得的碱性氧化镁膜干扰细菌呼吸来提高植入材料表面抗菌能力的策略。磁控溅射技术是一种可以在几乎所有固体基片上高效地构建各种金属或陶瓷薄膜的通用技术。他们以钛种植体作为模型验证了这种碱性氧化镁薄膜对革兰氏阳性菌和阴性菌的抗菌能力，且其抗菌性能强度可通过控制薄膜厚度来调控。并证明了该氧化镁膜对成骨细胞无明显的细胞毒性，在细菌和细胞同时存在的情况下可以选择性地杀死细菌，促进细胞增殖。Tan等人也利用该技术在氧化锆陶瓷表面成功制备了碱性氧化镁薄膜，表明这种方法可以用于增强氧化锆材料的抗菌性能，在预防植入物相关细菌感染方面具有广阔的应用前景。
4） 纳米
纳米氧化锌应用于生物医学的许多方面，而其抗菌性能应用的最为广泛。纳米氧化锌的抗菌机制主要包括以下三个方面：一是氧化锌纳米颗粒直接接触细胞壁，能够破坏细菌细胞的完整性；二是纳米氧化锌释放的锌离子是一种抗菌离子，它能够破坏细胞膜、影响生理活动以及电子传递等；三是氧化锌可以产生活性氧自由基，它可以氧化各种有机物，从而抑制细菌的生长。
Zhu等人利用将陶瓷3D打印技术与抗菌纳米改性技术相结合的方法获得具有精确三维结构和有效抗菌性能的氧化锆陶瓷植入材料。具体方法是将特定制备的氧化锌溶液吸附到氧化锆陶瓷表面，从而形成氧化锌改性陶瓷。研究发现这种材料能有效杀灭致病菌，且没有明显的细胞毒性，生物相容性良好，其力学性能也未受到显著影响。尽管该研究针对的是髋关节假体植入材料的改性，但对于口腔种植领域也具有重要的指导意义。
5） 掺杂镓的氧化锆涂层
在应用无机离子作为涂层对材料进行表面改性，从而达到提高材料抗菌性能的方法中，除了比较常见的银离子、锌离子、氟离子等以外，镓的引入也是一种可能的方案。Ga3+离子在电荷、离子半径、配位数和电子构型方面与Fe3+相似，但Ga3+不能像Fe3+那样被还原到较低的氧化态。而由于铁在细菌代谢中是一种关键的辅助因子，镓与铁的相似性使其能够竞争性干扰铁参与的细菌代谢过程，从而导致细菌死亡。
另外，镓会导致细菌细胞质中大量芬顿活性铁的毒性释放，进而导致致命性的活性氧的释放，引起细菌死亡。D'Agostino等人采用溶胶-凝胶结合蒸发诱导的自组装技术制备出具有介孔结构的掺杂镓的氧化锆基涂层，并证明了成纤维细胞和成骨细胞对于镓的掺入具有良好的耐受性，且镓的存在显著降低了牙龈卟啉单胞菌和放线菌等口腔病原菌的代谢活性。
此外，D'Agostino等人的另一项研究介绍了通过采用溶胶-凝胶旋转涂层法在大块氧化锆盘上制备了掺杂镓的四方氧化锆涂层，并证明了这种涂层在保存了正常的人类口腔微生物群的前提下，表现出良好的抗菌特性。这些研究结果提示了掺入镓的氧化锆涂层能够在保证生物相容性的前提下提供较好的抗菌性能，提示这种涂层在植入材料抗菌改性方面的应用前景。未来还需要进一步的研究来证实该涂层的生物学特性，包括实现骨整合以及避免软组织炎症等方面。
6）聚
聚多巴胺是一种在黑暗条件下在碱性水溶液中的自聚合产物，它具有抗菌、抗氧化和光热等多种功能活性，具有广泛的应用范围。聚多巴胺涂层技术在多种领域都有所应用，这种生物惰性表面的涂层可以增强材料亲水性和生物相容性。聚多巴胺本身的抗菌作用使其也可被用于制备抗菌表面。对于其抗菌机制，Liu等人发现聚多巴胺具有氧化还原状态依赖性的活性氧生成活性，而活性氧具有有效的广谱抗菌作用，对革兰氏阳性、革兰氏阴性和耐药细菌等均具有良好的抗菌效果。
Liu等人将聚多巴胺包覆在氧化锆材料的表面形成聚多巴胺涂层。研究发现该涂层降低了细菌活性，同时增强了人牙龈成纤维细胞的反应，有利于种植体周围软组织整合。此外，Yang等人又开发了一种利用聚多巴胺薄膜的反应性将细胞粘附肽固定在氧化锆基台表面的修饰方法，并证明了这种聚多巴胺固定的细胞粘附肽涂层也能够减少细菌在氧化锆表面的定植。提示了聚多巴胺涂层应用于氧化锆表面可能是一种抗菌改性的潜在方向。
7） 氧化石墨烯涂层
氧化石墨烯是一种具有广泛应用潜力的生物材料，它具有亲水性、抗菌效应，并能通过活化成骨细胞促进骨生成。其抗菌机制尚未完全明确，主要的抗菌作用是通过细胞膜损伤来产生的，其他的可能机制包括氧化应激、细胞在氧化石墨烯上的沉积、细菌被氧化石墨烯包裹以及磷脂提取等。Jang等人通过氩等离子体将氧化石墨烯沉积在氧化锆样品表面制备氧化石墨烯涂层，研究表明氧化石墨烯包覆的氧化锆可以抑制变异链球菌的附着，刺激成骨细胞的增殖和分化。提示了氧化石墨烯涂层用在种植体、基台时减少种植体周围炎的潜在应用方向。
另外，由于当氧化石墨烯层过厚时，氧化石墨烯本身的颜色会导致氧化锆的审美价值降低。因此如何确定氧化石墨烯所需的最小厚度仍需进一步研究。另外，由于氧化石墨烯具有接近的电子能级和显著的光吸收能力，因此具有较高的光-热转换效率，这使得越来越多的研究使用氧化石墨烯作为光热治疗中有效的光热剂。抗菌光热疗法是利用光热剂在近红外照射下产生的热量导致各种热效应，从而有效杀灭细菌的一种方法。
Park等人使用大气等离子体将具有光热特性的氧化石墨烯涂覆在氧化锆标本上，并证实了其对变异链球菌和牙龈卟啉单胞菌生物膜的抑制作用。且近红外射线照射后可以更加显著的减少变异链球菌和牙龈卟啉单胞菌的粘附。证明了构建氧化石墨烯涂层后材料本身的抗菌作用以及氧化石墨烯的光热效应。提示了利用氧化石墨烯的光热效应预防种植体周围炎的潜在背景。
8） 玻璃抗菌涂层
近年来，无细胞毒性的抗菌玻璃作为牙科应用的涂层引起了关注。López-Píriz等人研究了三种玻璃涂层：含有银纳米颗粒的钠石灰玻璃、SiO2-Na2O-Al2O3-CaO-B2O3 体系的钠石灰玻璃（富含氧化钙的玻璃）以及B2O3-SiO2-Na2-Na2O-ZnO体系的玻璃（富含氧化锌的玻璃），并以氧化锆作为基台分析了其抗菌性能。研究发现这些玻璃涂层均具有抗菌特性，其控制了种植体周围的细菌增殖，并抑制与种植体周围疾病直接相关的厌氧细菌生长。
对于其抗菌机制，含有银纳米颗粒的钠石灰玻璃的抗菌作用是由其中的银纳米粒子发挥的，富含氧化钙的玻璃的抗菌能力依赖于其与靶细胞的密切接触，而富含氧化锌的玻璃的抗菌能力则依赖于其锌离子的释放。另外，Odatsu等人在氧化锆盘上研究了含锌生物玻璃涂层的抗菌作用，结果表明随着锌含量的增加，包覆有含锌生物玻璃涂层的样本表面的金黄色葡萄球菌菌落总数减少，而在不同浓度锌的条件下均未观察到细胞毒性现象。
关于锌离子抗菌机制目前尚不完全清楚，仍需要进一步研究。目前已有的一种假说是过量的细胞外锌离子通过抑制锰的吸收和破坏碳的代谢，进而对细菌产生毒性作用；另一种假说是锌离子刺激活性氧的生成，并通过氧化应激杀死细菌。以上研究表明，添加不同成分的玻璃涂层也可以作为提高氧化锆植入材料抗菌性能的一种手段，提示了玻璃抗菌涂层在预防、减少或延缓种植体周围炎的应用前景。
9） 氮掺杂氢化无定形碳涂层
近年来，纳米结构薄膜如氢化非晶态碳膜得到了广泛的应用，其具有高硬度、高耐腐蚀性、低摩擦系数以及高生物相容性和抗菌特性等多种良好性能。其抗菌机制目前尚不明确，因其抗菌性能与界面相关，因此认为碳膜的表面性能，如表面形态或组成，可能与其抗菌性能有关联。
薄膜沉积过程中添加氮可以引发氮掺杂氢化非晶碳(nitrogen doped hydrogenated amorphous carbon, a-C:H:N)的产生。这种a-C:H:N涂层也可能具有良好的抗微生物粘附性能。Schienle等人研究了新型氧化锆表面a-C:H:N涂层的抗菌行为，发现了这一涂层的抗菌潜力，猜测其抗菌原理可能与涂层含有氮有关。但由于缺乏如不同种类细菌相互作用、获得性唾液膜以及口腔内环境条件（如pH，温度）等其他贡献参数，该涂层可否应用于氧化锆植入材料的抗菌改性仍需进一步研究。
10） 新型硅烷体系涂层
在种植体周围炎部位定居的细菌主要是厌氧革兰氏阴性杆状体和螺旋体，但也有研究发现，白色念珠菌也在种植体周围炎袋中存在，且在种植体周围炎症相关疾病中发挥作用。口腔微生物在材料表面粘附情况与材料表面的粗糙度和表面自由能密切相关。多数口腔微生物表面具有较高的表面自由能，因此它们也更喜欢结合到具有高表面自由能的表面上。
有研究发现一种由功能性硅烷和交联剂硅烷混合得到的新型硅烷体系，其能够降低钛表面自由能，从而减少口腔微生物在材料表面的粘附。Villard等人用商业硅烷涂料或新型硅烷体系涂料在钛和氧化锆样品表面分别制备了硅涂层和进行硅烷化，证明了商业硅涂层和新型硅烷体系涂层均可能影响了白色念珠菌在钛和氧化锆表面的附着，并干扰了生物膜的形成。提示这种涂层方法可能是预防种植体周围炎的一种潜在方向，但仍需进一步的研究和验证。
11） 二氧化硅涂层
通过建立一个能够保护种植体周围结构的软组织屏障可以避免细菌进入新形成的骨，从而减少种植体周围炎的发生，这是临床种植成功的一个关键。Laranjeira等人在氧化锆基底上使用溶胶-凝胶和软光刻技术相结合的方法制备了微图案硅涂层，并证明了这种二氧化硅涂层提高了种植体周围的软组织整合，减少了细菌粘附。这种涂层改变了种植体表面的形貌和化学成分，影响了其表面的细胞行为，从而通过改善软组织与种植体的粘附，使其成为防止感染的第一个屏障，减少种植体周围炎的发生并促进了种植体的长期稳定。表明二氧化硅涂层是一种很有前景的口腔植入材料改性方法。
12） 纳米氧化锆涂层
种植体周围的软组织整合被认为是抵御口腔微生物和外界刺激的生物屏障，氧化锆本身的非生物活性表面使其与软组织的直接接触具有一定的局限性。利用纳米形貌修饰种植基台促进组织整合已成为近年来研究的热点。有研究证明了纳米结构的基台表面可以通过抑制细菌的粘附和生物膜的形成来有效对抗细菌。
Wen等人研究了在氧化锆样品表面通过旋转涂层方法制备纳米氧化锆薄膜，并评估了其对人牙龈成纤维细胞活力和牙龈卟啉单胞菌粘附的双重响应。结果表明材料的纳米结构表面可能提高了成纤维细胞的活力并减少了牙龈卟啉单胞菌的粘附，在增强种植体周围软组织整合的同时减少了种植体周围炎的发生，是一种很有潜力的材料表面处理方法。
纳米氧化锆的合成方法多样，包括溶胶-凝胶法、化学气相合成法、机械燃烧合成法、沉淀法、共沉淀法、水热法等等。Batool等人采用微波辅助溶胶-凝胶法合成了稳定的氧化锆纳米粒子，并研究了其抗菌活性。结果证明，这种方式合成的纳米级氧化锆在改善常规氧化锆性能的基础上，对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌、芽孢杆菌等）和革兰氏阴性菌（如大肠杆菌等）均有较强的抗菌活性。对氧化锆作为植入物在生物医学的应用非常有益。
另外，在氧化锆纳米颗粒中掺杂其他的金属氧化物可以提高氧化锆纳米颗粒的稳定性。Nishakavya等人发现在氧化锆纳米颗粒中掺杂铜纳米颗粒可以进一步提高其抗菌活性，获得比单纯氧化锆纳米颗粒更好的生物纳米材料。其抗菌机制在于：一方面铜纳米粒子能够通过改变结构来影响细胞膜，另一方面铜能够连续地给予和接受电子，从而产生杀菌作用。
Nishakavya 等人通过溶胶-凝胶法合成了掺杂铜的氧化锆纳米颗粒，并证明了这种纳米颗粒对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有抑制作用，且其对
13）
基于氧化锆良好的机械性能、对菌斑较低的亲和力、低弹性模量、低导热系数和高生物相容性，许多研究通过制备含有氧化锆的涂层来提高骨科植入物材料的性能。添加剂的使用及其性质和浓度在稳定四方氧化锆方面发挥重要作用，其中葡萄糖、果糖就是一种有机添加剂。
Sanaullah等人针对提高骨科植入材料抗菌性能、治疗骨感染的方向提出了一种通过微波加热结合溶胶-凝胶技术获得添加有葡萄糖、果糖的氧化锆涂层的策略。这种稳定的添加有葡萄糖、果糖的氧化锆涂层具有较强的抗氧化活性，且对金黄色葡萄球菌具有抗菌活性，提示了该技术在预防骨感染方面的潜在应用价值。但对于其抗菌机制，研究者并未给出明确的结论，仍需进一步研究。同时，由于该研究的材料基底选择的是玻璃基板，并未将该涂层用于氧化锆表面，因此对于其是否能应用于口腔领域改善氧化锆陶瓷植入材料的抗菌性能仍有待进一步探索。
2.非涂层表面改性
非涂层表面改性指涂层法以外的通过对材料表面进行处理，从而改善材料表面性能、增强其抗菌效应的方法。具体包括抛光、激光处理、辉光放电等离子体处理、常压冷等离子体处理、等离子体浸没离子注入等等。
1） 抛光处理
沿种植体周围组织粘膜边缘形成的生物膜与种植体周围疾病密切相关，因此如何在植入物接触粘膜部分提供一个允许软组织附着并防止生物膜形成的表面是减少种植体周围疾病发生的方向。粗糙的表面会促进细菌粘附，而抛光是降低材料表面粗糙度的一个常用方法。Jaeggi等人通过对氧化锆表面进行抛光等不同的处理方法证明了材料表面粗糙度会影响生物膜的形成，因此建议对氧化锆进行抛光处理以减少生物膜的形成。
2） 激光处理
激光技术因其高速、高精度和非接触特性，是一种很有前途的表面处理技术。它可以通过在样品表面创建微米/纳米级特征结构来改变和提高材料表面性能。Ren等人利用超快光纤激光系统对氧化锆表面进行激光刻蚀，再用硬脂酸对所得表面进行修饰，并研究了其多方面性能。结果显示，通过优化激光参数，该方法可以在氧化锆表面形成微纳复合结构，制备得到疏水甚至超疏水的氧化锆表面。这种微纳米复合结构下的超疏水表面增加了固/液界面下截留的空气层，减少了细菌与材料表面的接触面积，降低了细菌粘附力，延缓了生物膜的形成，可以较好的抑制大肠杆菌在材料表面的黏附，表现出良好的抗菌性能。
Ghalandarzadeh等人在连续和非接触模式下，使用二氧化碳输出功率范围为1~70W的空气激光对3 mol%钇稳定氧化锆样品进行激光处理，并对处理后的材料进行表征和性能检验。研究结果证明了激光诱导的纳米级凹槽通过创造疏水表面显著提高了材料的抗菌活性，其对于大肠杆菌及变异链球菌均具有抗菌行为。
由于疏水细胞更多地粘附在疏水表面，亲水细胞更多地粘附在亲水表面。而大肠杆菌和变异链球菌均为亲水性微生物，疏水相互作用是细菌粘附过程的一个必要条件，因此通过激光处理后得到的疏水性或超疏水性表面能够阻止大肠杆菌和变异链球菌的粘附。
Ghalandarzadeh等人采用飞秒激光加工系统对氧化锆样品进行激光纹理处理，并研究了其多方面性能以及对具核梭杆菌的抗菌行为。结果表明，激光处理后的氧化锆表面细菌菌落的定植量显著减少。作者认为这种细菌活性的降低与激光处理诱导了氧化锆表面的亲水性转化有关。
另外，还有研究者对不同激光系统对植入物表面生物膜形成的影响进行了探索。Bihn等人对比了单纯机械加工的氧化锆盘、经飞秒激光处理的氧化锆盘和经纳秒激光处理的氧化锆盘表面湿润性以及生物膜形成的程度。结果表明，飞秒激光会在氧化锆表面制备亲水性表面形貌，而纳秒激光会在氧化锆表面制备疏水性表面形貌。
飞秒激光与纳秒激光处理后的氧化锆与单纯机械加工的氧化锆相比均表现出更少的细菌生物膜粘附，而纳秒激光处理在抑制牙龈卟啉单胞菌生长方面更加有效。由于疏水表面会使细菌的粘附水平降低，表面通过纳秒激光处理比飞秒激光处理更能降低生物膜的形成，进而在临床上减少种植体周围炎等并发症的可能性。
而关于飞秒激光处理减少生物膜粘附的相关机制，这篇文章并没有给出明确结论，但值得注意的是，激光处理引起的材料表面粗糙性增加与细菌粘附之间存在某种违反直觉的关系，通常我们可能会认为较大的表面粗糙度会为细菌粘附提供更大的表面积。但研究结果证实，激光处理组的表面粗糙度增加与细菌粘附增加无关。这表明其他因素，例如表面湿润性等表面化学可能发挥着重要作用。同时，这种抑制作用可能因细菌类型的不同而不同。以上研究结果提示了激光处理在提高氧化锆植入材料抗菌性能方面的应用前景，而对于激光处理后抗菌作用的具体相关机制可能还需要进一步的研究和探索。
3） 辉光放电等离子体处理
辉光放电等离子体(glow discharge plasma, GDP)处理是一种常用于生物材料清洗、制备和修饰的方法。Pan等人研究了GDP处理后氧化锆盘表面与牙龈卟啉单胞菌的相互作用。结果表明，GDP处理使种植体表面更光滑，有更好的润湿性，同时有效地减少了牙龈卟啉单胞菌在材料表面的粘附，并维持了细胞的生长。其抗菌机制即与GDP处理降低材料表面粗糙度有关，材料表面粗糙度越低，细菌粘附程度越低。提示GDP 处理可以在不损害氧化锆种植体表面的情况下，减少细菌粘附和增殖，同时刺激细胞附着和成骨细胞分化。表明GDP处理可以有效地减少粘膜周围炎，避免种植体周围炎的发展。
4） 氦常压冷等离子体射流处理
常压冷等离子体射流(cold atmosphericplasma, CAP)是在接近人体的大气压力和气体温度下产生的，其在生命科学领域具有广阔的潜力。曾有研究报道了CAP对钛及其合金处理后的抗菌作用。由此可见，CAP也可能是改善氧化锆材料抗菌性能的一种潜在方向。Yang等人研究了利用氦常压冷等离子体射流对氧化锆种植体基台材料进行表面改性的处理方法，发现处理后的氧化锆表面变异链球菌生长受到了抑制，生物膜形成减少。
从抗菌机制上来看，这种细菌的抑制作用可能是由CAP射流中产生的化学物质，例如活性氧和活性氮导致的。随后，Yang等人在此基础上又利用活性氧染色和活性氧清除对其抗菌作用的可能机制进行了探索，证实了活性氧的产生是其潜在的抗菌机制之一。活性氧作为自由基在许多细胞物理过程中起着至关重要的作用。由于不同细胞内存在不同的活性氧水平，因此为了在不干扰正常细胞生长的情况下实现抗菌效果，必须用适量的活性氧修饰物质表面。
研究表明，使用60秒CAP处理产生的活性氧超过了变异链球菌的阈值，但在人牙龈成纤维细胞的限制范围内。研究者还对CAP处理后氧化锆表面特性和抑菌效果的持续时间进行了评价。发现处理后氧化锆的细菌抑制效果随着时间的推移而下降，但在处理两周后仍具有一定的抑菌能力。由此可见，通过控制CAP处理的时间可以在避免细胞毒性的同时获得较好的抗菌效果，同时其抗菌作用可以维持一段时间，说明CAP在改善氧化锆材料抗菌性能、预防种植体周围炎病变方向上具有广阔的应用前景。
5） 等离子体浸没离子注入处理
聚合物植入物的高电位表面可以实现表面抑菌作用，且没有副作用。等离子体浸没离子注入(plasma immersion ion implantation, PIII)是一种有效的表面改性方法，可以在不影响聚合物性能的情况下改变聚合物的表面结构和电位。Liu等人基于这一原理研究了对氧化锆陶瓷样品依次进行碳、氮等离子体浸没离子注入，以提高其表面电位，进而实现抗菌作用。结果表明，这样处理的材料表面具有高电位且无离子浸出，对口腔细菌具有良好的抗菌作用。此外，其表面还具有较高的强度和良好的细胞相容性。由此表明，该处理方法可以同时实现氧化锆材料的抗菌作用和生物相容性，是提高口腔植入材料抗菌能力的一种新策略。
3.氧化锆基复合材料
氧化锆基复合材料是指将一种或多种材料与氧化锆组合而成的新材料，其抗菌作用通常是由添加的材料本身所具有的。
1） 硅酸钙-氧化锆复合材料
通过在氧化锆基体中添加生物活性物质，开发新型氧化锆复合陶瓷，可以改善氧化锆植入材料的机械生物相容性和生物学性能。硅酸钙基材料对多种菌株均显示出抗菌活性，同时这种材料可以支持人骨髓间充质干细胞和人牙髓细胞的附着、增殖和分化。
以硅酸钙为基础的生物陶瓷材料已被大量应用于骨组织的修复和再生。由此可见，硅酸钙可以作为一种有效的提高抗菌和成骨作用的添加剂。Ding等人采用一种简单的直接混合方法制备了硅酸钙-氧化锆复合材料，并对其抗菌能力、体外成骨活性等多方面进行了评价。结果表明，添加20wt%硅酸钙可有效提高氧化锆陶瓷的抗菌活性、机械性能、生物相容性和成骨活性，是一种很有前途的种植候选材料。对于其抗菌机制，硅酸钙基材料的抗菌活性在很大程度上取决于其高pH值和释放离子的渗透作用，表面粗糙度作为一个结构因素同样影响着材料表面的抗菌能力。此外，硅酸钙诱导的活性氧可能是影响抗菌效果的因素之一。对于其具体的抗菌机制仍需进一步探究。
2） 二氧化硅稳定的二氧化锆复合材料
氧化锆在室温下存在单斜晶型、四方晶型和立方晶型等三种不同的晶型，其中四方晶型形式与其他两相相比，具有较高的机械稳定性。Han 等人为了提高材料性能研究了一种二氧化硅稳定的二氧化锆，即采用溶胶-凝胶法制备了由二氧化硅稳定二氧化锆组成的四方相纳米球。研究发现，该复合材料具有良好的生物相容性，对人类原生细胞的细胞毒性最小，并表现出一定水平的杀菌性能。
对于该材料的抗菌机制，该研究者并没有给出明确的结论，推测可能与二氧化硅本身的抗菌作用有关。尽管该材料的抗菌性能较为轻微，但这种水平的杀菌特性往往足以限制细菌定植和生物膜的形成。虽然该研究针对的是氧化锆四方晶型形式的稳定问题，但二氧化硅稳定的二氧化锆复合材料的抗菌作用表现同样提示了其在控制种植体周围炎症发展上可能存在的重要价值。表明该二氧化硅稳定的二氧化锆复合材料是一种很有潜能的植入物候选材料。
4.总结与展望
目前，氧化锆作为口腔种植材料得到了越来越多的关注。改善氧化锆植入材料抗菌性能从而降低种植体周围炎等种植并发症的发生、提高种植成功率在材料优化方面具有广阔的研究意义和应用前景。
近年来，有许多通过表面处理从而提高氧化锆材料抗菌性能的研究发表。其处理方法多样，既可以通过在氧化锆表面附加涂层从而获得灭杀细菌或抑制细菌在材料表面粘附的作用，也可以通过非涂层表面改性来改善材料表面性能，发挥抗菌作用。此外，还可以通过将氧化锆与其他具有抗菌作用的材料相组合获得相应的抗菌复合材料。不同处理方法所产生的抗菌机制、抗菌效果以及是否存在其他有益的改性作用和不利的影响均是复杂多样的。
未来我们或许可以研究不同处理方法或材料的结合或叠加，取其精华，去其糟粕，从而获得多方面效果更优异的氧化锆抗菌改性方法。在探索提高材料抗菌性能的同时，也有许多其他需要注意的问题，包括改性后材料的毒性问题、美观问题、抗微生物的种类以及处理后材料抗菌性能的维持时间和维持效果等等。
我们也需要综合关注氧化锆植入材料在机械性能、骨结合性能及生物相容性等多方面的情况，以及经济成本因素。此外，这些改性方法能否普遍适用于骨科等生物医学领域从而扩大使用范围也是我们需要进一步研究的问题。相信，随着材料改性方法的不断进步，我们能够获得性能更加优异且全面的氧化锆植入材料。
来源：侯楚萍,陈文川.改善氧化锆植入材料抗菌性能的研究进展[J].现代口腔医学杂志,2025,39(01):42-50.
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