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钛种植体表面微弧氧化膜的生物改性研究进展
随着口腔种植技术发展逐渐成熟,种植体的应用日益广泛.种植体植入后形成骨整合一般需要1～3个月,甚至更长时间,种植体难以即刻或早期负重.为了缩短种植体骨结合时间,增强骨结合,钛种植体表面需做各种表面处理.
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纯钛种植体激光-微弧氧化表面处理对早期骨结合的影响
目的：对比机械光滑表面和经激光-微弧氧化处理表面的纯钛种植体的理化性能，及其对早期骨结合的影响。方法：将纯钛棒加工制作成16颗螺纹柱形种植体，对照组（光滑组）为机械加工光滑表面种植体8颗，实验组（激光-微弧氧化组）为经激光-微弧氧化处理种植体8颗。通过能谱分析仪（EDX）和扫描电镜（SEM）分析种植体表面性质， Veeco粗糙仪检测其粗糙度（Ra）。分别将16颗种植体随机植入新西兰兔的胫骨，4周后处死取样，处死前第13天和第14天皮下注射四环素，处死前第3和第4天皮下注射钙黄绿素，通过四环素-钙黄绿素双色标记示踪检测其矿化速率。将标本通过塑料包埋制作成不脱钙含种植体骨切片，观察种植体-骨界面的骨结合情况。结果：实验组表面可见较大级别微孔，基本与激光处理后一致，孔径约100μm，孔深40～80μm。种植体表面微弧氧化膜具有多微孔结构，微孔孔径约1～5μm，微孔内还可见更小级别微孔，孔径小于1μm。对照组种植体表面Ra值为0.179μm，实验组表面的微弧氧化膜Ra值为1.55μm。对照组只检测到Ti元素，实验组钛表面氧化膜层中含Ti、O、Ca、P元素。实验组的矿化速率和种植体与骨接触的百分率（OI值）均显著高于对照组（P<0.05）。结论：通过激光-微弧氧化表面处理，纯钛种植体表面形成多层次多微孔的微弧氧化膜，具有良好的生物相容性和骨引导性，能促进种植体骨结合。
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微弧氧化处理对钛表面MC3T3-E1细胞生物学行为的影响
目的:使用微弧氧化(micro-arc oxidation, MAO)方法对纯钛圆片进行表面处理,观察其对MC3T3-E1成骨前体细胞生物学行为的影响.方法:使用分级电压增强过程对纯钛试件进行MAO处理,场发射扫描电镜观察试样表面形态.测量不同表面的接触角.MC3T3-E1细胞接种于试样表面并进行体外培养,MTT法检测60、120 min不同表面的细胞黏附量;培养4h后,激光共聚焦扫描显微镜观察附着细胞的骨架蛋白;24、72、120和168 h后,检测细胞增殖情况;培养第16天,实时荧光定量PCR (qPCR)检测细胞成骨相关基因的表达.采用SPSS 16.0软件包对数据进行统计学分析.结果:MAO处理后,可在纯钛表面形成一层多孔氧化层,MAO钛表面水和甘油的接触角显著小于抛光钛表面.在2个时间点,细胞在MAO钛表面的黏附均高于抛光钛表面.肌动蛋白染色提示,在MAO钛表面,细胞伸展良好.从培养第72 h开始,细胞在MAO钛表面的增殖略高于抛光钛表面,但差异无显著性.qPCR结果表明,RUNX2和ALP基因的mRNA水平在MAO钛表面和抛光钛表面之间并无显著差异.结论:MAO处理可促进MC3T3-E1细胞在纯钛表面的早期黏附,但RUNX2和ALP基因的mRNA表达水平在各组间无显著差异.
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纯钛表面涂层(Ca+Zn)/P比值与成骨细胞生物活性的关系
目的:研究纯钛表面不同(C a+Zn)/P比值对成骨细胞(MC3T3-E1)黏附、增殖和分化的影响,确定纯钛表面生物活性佳的Ca、P、Zn含量.方法:在微弧氧化的电解液中加入一定浓度的Ca、P和5种不同浓度的Zn(0、0.01、0.03、0.04和0.06 mol/L),使Ca、P元素的摩尔比值接近羟基磷灰石的比值.在纯钛材料表面制备5种不同(Ca+Zn)/P比值的生物活性涂层,分别记为S0、S1、S2、S3和S4组.应用XPS和SEM分析样品表面的元素组成、存在形式、(Ca+Zn)/P比值以及表面形貌;应用SEM、MTT法和ALP活性测定法分析材料表面培养的MC3T3-E1细胞黏附、增殖和分化情况.采用SPSS13.0软件包对数据进行统计学分析.结果:随着电解液中Zn浓度的增加,S0～S4组(Ca+Zn)/P比值分别为2.94、2.64、2.71、2.87和2.72,其中,在S3组时达到大,S4组时降低.MC3T3-E1细胞在5组材料表面黏附、增殖和分化能力,依次为S3＞S4＞S2＞S1＞S0,各组之间差异具有显著性(P＜0.05).结论:应用微弧氧化法在纯钛表面制备的不同含量Ca、P、Zn涂层,随着(Ca+Zn)/P比值的增大,成骨细胞的黏附、增殖和分化能力随之增强.其中,(Ca+Zn)/P比值为2.87时,细胞的生物活性佳.
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缱钛表面微弧氧化法制备含钙锌涂层的抗菌性能研究
目的:应用微弧氧化法对纯钛进行表面改性,形成含不同浓度钙离子、锌离子的涂层,探讨涂层对变形链球菌黏附和形态的影响.方法:用微弧氧化法在肽表面制备含不同浓度钙离子、锌离子涂层的5组样品,即低钙组(L-Ca)、高钙组(H-Ca)、低锌组(L-Zn)、中锌组(M-Zn)和高锌组(H Zn),以未涂层机械抛光组(CP)作为对照组；用贴膜法平价6组钛样品对变形链球菌抗菌性能的影响；以扫描电镜(SEM)观察细菌在样品表面黏附数量和菌体形态的变化.采用SPSS 13.0软件包对数据进行统计学分析.结果:贴膜法实验表明,与CP组相比,L-Ca、H-Ca组抗菌性能无显著差异(P＞0.05),含锌组抗菌效果显著(P＜0.01),H -Zn组抗菌性显著高于L-Zn组(P＜005).扫描电镜观察,含锌组可影响细菌的黏附数量和菌体形态,且与锌的含量有关.结论:微弧氧化法制备的含锌离子涂层可有效抑制变形链球菌的黏附并影响其菌体形态,其具有的抗菌性能随锌含量的升高而增强.
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HA涂层-多孔TiO2-钛基体梯度涂层对MG63的影响
目的:评价微弧氧化(micro-arc oxidation,MAO)与离子束辅助沉积(ion beam assisted deposition,IBAD)相结合的处理方法对钛种植材料表面微形态及成骨活性的影响.方法:利用IBAD技术,在MAO钛材料表面制备羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)涂层.将钛种植材料按照不同表面处理方法分为机械抛光组(S0)、MAO组(S1)和MAO与IBAD相结合组(S2),以S0作为对照组.利用表面形貌仪分析3组材料表面形貌及粗糙度,利用激光共聚焦显微镜观察成骨细胞在材料表面黏附铺展状态:采用MTT法和碱性磷酸酶(ALP)活性测定,检测不同处理方法对材料成骨活性的影响.所得数据利用SPSS11.0软件包进行单因素方差分析.结果:S2组材料表面粗糙度略小于S1组;复合培养5d后,S2组细胞增殖水平显著高于其他2组;10d后,2粗糙组ALP活性显著高于S0组.结论:MAO与IBAD技术相结合,在MAO表面制备HA活性层,能够显著促进成骨细胞的黏附增殖,促进成骨细胞的矿化.
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钛表面微弧氧化膜对骨髓基质细胞附着和生长的影响
目的:通过培养骨髓基质细胞(BMSCs),观察细胞在纯钛表面微弧氧化膜的早期附着、生长及ALP活性,评价该材料的生物相容性.方法:实验分为4组,分别对钛表面试件进行微弧氧化处理(A组)、喷砂处理(B组)、喷砂碱处理(C组)和机械处理(D组).4个实验组取第2代羊BMSCs与各自试件进行培养,24h后计算各组的细胞数,并对各组试件表面进行扫描电镜观察;取第3代羊BMSCs进行培养,3d和7d后计算各组细胞的平均ALP活性.采用SPSS11.5软件包对数据进行单因素方差分析.结果:A组表面附着细胞体积大,呈扁平多角形,细胞附着计数和平均ALP活性与其他3组有显著性差异(P＜0.01).结论:微弧氧化膜能够有效促进BMSCs的附着、增殖和ALP活性的表达,显示出良好的生物相容性.
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纯钛表面微弧氧化膜在模拟体液中的腐蚀行为
目的:研究在人工模拟体液中,纯钛表面微弧氧化膜的耐腐蚀性能.方法:在纯钛表面制备微弧氧化膜,利用扫描电镜、X射线衍射仪、表面粗糙度轮廓仪和电化学方法.分别观察其形貌特点、晶相结构、表面粗糙度,并测定其极化曲线.采用SPSS11.0软件包进行单因素方差分析.结果:微弧氧化处理后,纯钛表面生成微孑L结构的氧化膜,微孔似火山丘状,直径约0.1～5μm.X射线衍射分析表明,膜层中含有金红石型、锐钛矿型二氧化钛及少量羟基磷灰石.微弧氧化后,试样表面粗糙度增加,轮廓算术平均偏差值(Ra)分别为(0.358±0.063)μm和(2.493±0.107)μm,微观不平十点高度值(Rz)分别为(2.662±0.628)μm和(16.519±1.028)μm.电化学实验表明,微弧氧化处理前后试样的自腐蚀电位、自腐蚀电流密度分别为-0.358V、0.551μA/cm2和-0.255V、0.80μA/cm2.结论:经微弧氧化技术处理后,纯钛表面形成微孔结构的二氧化钛膜层,表面粗糙度增加.在模拟体液中,钛的耐腐蚀性能明显提高.
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微弧氧化钛基种植材料对成骨细胞早期黏附的影响
目的:检测纯钛种植体材料微弧氧化(microarc oxidation,MAO)表面改性后的成骨细胞生物相容性,探讨微弧氧化技术在钛种植体表面改性中的价值.方法:在纯钛种植体材料表面用微弧氧化法制备羟基磷灰石陶瓷薄膜,将MAO改性钛种植体材料作为实验组Ⅰ,将纯钛表面阳极氧化改性处理的种植体材料作为实验组Ⅱ,并设立对照组Ⅰ(纯钛种植体材料)和对照组Ⅱ(即细胞直接生长在培养板上),分别进行扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射图谱分析(XRD)等检测,比较成骨细胞的黏附水平,对数据采用SPSS11.0统计软件包进行单因素方差分析.结果:MAO改性后生成粗糙、多孔的陶瓷薄膜层,与处理前电解液成分相比,钙磷比无显著改变.MAO改性钛组黏附的细胞密度显著高于其他组(P＜0.01),而对照组Ⅰ、Ⅱ的细胞密度无显著差异(P＞0.05).结论:与阳极氧化表面改性材料相比,该钛基微弧氧化薄膜层能够显著促进成骨细胞的附着,具有良好的细胞相容性.
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纯钛表面GRGDSP多肽对骨结合能力的影响
目的:将钛合金种植体微弧氧化(MAO)后,以多巴胺(PDA)为偶联,加载GRGDSP 多肽,形成复合活性涂层,评价其骨结合能力.方法:选取18 只成年新西兰大白兔,建立单侧下颌骨模型,并将A 组(Ti-MAO)、B 组(Ti-MAOPDA)、C 组(Ti-MAO-PDA-GRGDSP)分别植入到新西兰大白兔一侧下颌骨,选取2 周、4 周、8 周下颌骨植入样本,应用锥形束CT(CBCT)观察种植体周围骨结合情况.对4 周样本以扫描电镜(SEM)观察界面形貌,激光共聚焦显微镜观察样本成骨活跃程度,扭力实验观察骨结合力.采用SPSS19.0 软件包对数据进行单因素方差分析.结果:CBCT 观察,C 组接触区骨结合情况好于B 组和A 组,且B 组优于A 组.扫描电镜观察, C 组在种植体与骨接触区聚集了更多新骨.激光共聚焦显微镜观察交界处,C 组与B 组较A 组荧光强度明显,其中C 组为明显.扭力观察,8 周时B、 C 组扭力值为A 组的2 倍,C 组较B 组多8 N·cm;C 组、B 组与A 组相比, 差异有统计学意义(P＜0.05).结论:Ti-MAO-PDA 与Ti-MAO-PDA-GRGDSP 涂层对骨结合均有促进作用, 其中Ti-MAO-PDA-GRGDSP 涂层对骨结合的作用明显.
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多孔TiO2修饰钛植体对骨髓间充质干细胞粘附和成骨分化的影响
目的:探讨微弧氧化制备的多孔TiO2涂层修饰的钛植体对骨髓间充质干细胞(BMSCs)粘附和成骨分化的影响.方法:采用微弧氧化技术在纯钛表面制备涂层,运用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)检测涂层表面形貌、晶相.与BMSCs共培养,采用免疫荧光染色检测粘附相关蛋白整合素β1表达,活死细胞染色和MTT法检测材料细胞毒性.碱性磷酸酶(ALP)和茜素红(ARS)染色以及RT-PCR检测涂层对BMSCs成骨分化的影响.结果:采用微弧氧化技术处理后的钛板(MAO组)涂层表面是微米级多孔TiO2,并且涂层无明显细胞毒性,另外还促进了BMSCs中整合素β1表达.ALP和ARS染色及半定量结果显示,与未处理的钛板(Ti组)相比,MAO组BMSCs的ALP和ARS染色结果更深,显著高于Ti组(P＜0.05).RT-PCR结果表明,随着时间的延长,MAO组BMSCs ALP和Osterix表达水平逐渐升高.结论:纯钛表面通过微弧氧化制备的多孔TiO2涂层促进了BMSCs粘附和成骨分化,并且没有明显细胞毒性.
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处理时间对纯钛表面微弧氧化膜结构和特性的影响
目的 研究不同处理时间对纯钛表面微弧氧化膜结构和特性的影响.方法 根据处理时间将纯钛试件分成10、20、30和40 min共4组,通过微弧氧化技术制备纯钛表面氧化膜.使用扫描电镜(SEM)检测氧化膜的表面及横断面形貌,X射线能谱仪(EDS)检测氧化膜的元素成分,X射线衍射仪(XRD)检测氧化膜的晶相结构.结果 微弧氧化处理后,钛表面形成微孔结构的氧化膜.10 min试样膜层厚度10μm,20 min、30 min和40 min试样的膜层厚度均达20 μm.各处理时间组间的膜层Ca、P含量的差异无统计学意义(P＞0.05).微弧氧化膜的主要成分是金红石、锐钛矿和羟基磷灰石.结论 利用微弧氧化技术在纯钛表面形成含羟基磷灰石的多孔氧化膜,在10～40 min处理时间内氧化膜的Ca、P含量与处理时间无关.
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人牙周膜成纤维细胞在微弧氧化陶瓷膜表面的生物相容性研究
目的 观察通过微弧氧化(MAO)和水热处理形成的陶瓷膜表面人牙周膜成纤维细胞(hPDLF细胞)的粘附和增殖情况,评价微弧氧化陶瓷膜表面的生物相容性及MAO工艺应用于钛植人材料表面处理的可行性.方法 纯钛试件分为3组,微弧氧化处理组(M组)、微弧氧化一水热处理组(M-H组)和纯钛对照组,每组各20枚.对不同时间点hPDLF细胞在材料表面的附着、生长、增殖情况以及ALP活性进行检测,并对实验结果 进行统计分析.结果 陶瓷膜具有良好的生物相容性,培养5d后,改性两组材料的表面细胞增殖比纯钛组及空白对照组明显增多,各组间细胞增殖情况存在统计学差异.同时培养4d后,M组和M-H组细胞ALP活性大幅提高,各组间比较均有统计学差异.结论 MAO处理后的纯钛表面对hPDLF的生物相容性优于未处理组,增加水热处理工艺较一般MAO工艺可以更有效提高hPDLF细胞的早期粘附、增殖及ALP活性.
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微弧氧化前后AZ91D镁合金的耐腐蚀性能检测
目的 研究微弧氧化后AZ91 D镁合金在人工唾液环境中耐腐蚀性能的改变.方法 采用微弧氧化方法对AZ91D镁合金进行表面改性,采用浸泡腐蚀及电化学腐蚀实验评价其在人工唾液中的耐腐蚀性能.结果 浸泡试验中60d内未处理试样平均失重是微弧氧化试样的11倍；而电化学腐蚀试验中,微弧氧化处理将镁合金在人工唾液中的开路电压由-1.4511V提高到-0.4416 V,腐蚀电流密度I0由8.4152×10-5A/cm2降低到2.0456×10-7A/cm2.结论 微弧氧化后的AZ91D镁合金在人工唾液中耐腐蚀性能显著提高,微弧氧化陶瓷层能有效的保护镁合金基体.
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纯钛表面应用微弧氧化法制备不同浓度锌涂层对成骨细胞生物学特性影响的研究
目的 研究应用微弧氧化法在纯钛表面制备不同浓度锌涂层对成骨细胞( MG63)生物学特性的影响.方法 在微弧氧化的电解液中加入一定浓度的钙和3种不同浓度的锌来处理纯钛片,制成低、中、高3种不同浓度的锌涂层,以钙不加锌作为对照组.通过扫描电镜、四甲基偶氮唑盐法(MTT)、碱性磷酸酶(AKP)和骨钙素(OC)的检测来分析不同浓度的锌涂层对MG63黏附、增殖和分化的影响.结果 MG63在钙加低锌组表面生长好,黏附、增殖和分化明显好于其他组,中锌组优于高锌组.结论 应用微弧氧化法处理钛片,低浓度锌的加入可以促进MG63的生长,高浓度锌的加入则抑制MG63的生长.
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微弧氧化AZ91D镁合金骨结合性能的研究
目的 探讨微弧氧化(Micro-arc oxidation,MAO)AZ91D镁合金的骨结合性能.方法 8只新西兰大白兔随机分为2组,采用自身对照,完全随机化设计,于一侧股骨内植入MAOAZ91D镁合金试样作为实验组,另一侧相同部位植入纯钛试样作为对照组.分别于植入后4周和12周时各处死4只实验动物.制作不脱钙的带试样的硬组织磨片,进行甲苯胺蓝和亚甲基蓝一碱性品红染色,光镜观察材料与骨组织的结合情况.结果 4周时MAOAZ91D实验组成骨细胞数量较少,且形态不及纯钛对照组排列规则;12周时MAOAZ91D组与纯钛对照组成骨细胞数目接近且排列也较规则;材料与骨组织结合紧密.结论 微弧氧化AZ91D镁合金具有较好的骨结合性能.
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微弧氧化AZ91D镁合金对成骨细胞早期粘附的影响
目的 体外观察探讨新型口腔植入材料微弧氧化(Micro-arc oxidation,MAO)AZ91D镁合金对人成骨样MG63细胞早期粘附的影响.方法 实验分为三组:微弧氧化AZ91D镁合金材料实验组A,纯钛材料对照组B和细胞直接生长在培养板对照组C,利用表面轮廓仪、接触角测量仪、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)分别测量研究试件表面粗糙度、表面能大小、形貌特点和元素成分;将MG63细胞培养于各组表面,分析比较成骨细胞的早期粘附率及形态学变化.对数据采用SPSS13.0统计软件进行单因素方差分析.结果 A组表面为一层粗糙多孔、起伏不平的薄膜,主要元素有Mg、O、Si,粗糙度及表面能均比B组增加(P＜0.05);0.5 h、1 h和2 h 三个时间点三组细胞粘附率差异有统计学意义(P＜0.05),A组＞B组＞C组;培养4 h时A、B两组材料表面成骨细胞形态良好.结论 微弧氧化AZ91D镁合金具有良好的成骨细胞相容性,有利于细胞的早期粘附.
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微弧氧化AZ91D镁合金的口腔黏膜刺激实验
目的 了解新型口腔植入材料微弧氧化AZ91D镁合金对口腔黏膜的刺激性.方法 健康金黄地鼠10只,麻醉后将微弧氧化AZ91D镁合金的浸提液浸湿的脱脂棉球放入动物的左侧中央颊黏膜极低处,而将阴性对照材料置于动物右侧的中央颊黏膜极低处,分别于1 h、4 h、6 h、8 h后肉眼观察并做组织切片.结果 实验动物均未出现局部及全身的不良刺激反应.结论 微弧氧化AZ91D镁合金对口腔黏膜的没有不良刺激反应.
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牙科用微弧氧化后锆基非晶合金的组织相容性研究
目的：通过进行口腔黏膜刺激实验和皮下植入实验，研究微弧氧化后锆基非晶合金的组织相容性。方法实验参照ISO 10993?6：1994标准，分别将微弧氧化前后的锆基非晶合金和对照用的钛合金制备成直径5 mm，厚0．5 mm的圆片样品和直径1．5 mm，长5 mm的柱状样品，进行口腔黏膜刺激实验和皮下植入实验。结果口腔黏膜刺激实验未出现全身及局部不良反应，组织学观察与阴性对照无显著性差异；皮下植入实验结果显示1周时可见局部组织轻微红肿，组织切片可见少量炎细胞，4周、12周炎症反应随着时间的延长逐渐减轻，试件周围均形成了包膜，随着植入时间的延长包膜逐渐变薄、透明度增高，新生毛细血管的数量增加。各周期中微弧氧化后的锆基非晶合金组皆比实验组的炎细胞数目少，毛细血管数量多，包膜薄，透明度高。说明微弧氧化后的锆基非晶合金组织相容性好，具有良好的临床应用前景。结论作为新型口腔医学植入材料，锆基非晶合金性能优异，但是其生物惰性阻碍了这种材料的应用。微弧氧化处理有效的降低了锆基非晶合金的生物惰性，在保持了锆基非晶合金的优异性能的同时，获得了良好的组织相容性。
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钛表面3种不同处理方法对钛－瓷结合影响的对比研究
目的：对比钛表面分别经微弧氧化和Nd：YAG激光处理、喷砂处理后的表面形貌、理化性能的差异，比较其对钛瓷结合强度的影响。方法将60个规格为25．0 mm ×5．0 mm ×0．5 mm的标准钛片试件，随机均分为3组，每组20片（A组为微弧氧化组，B组为激光轰击组，C组为喷砂组），运用扫描电镜、X射线衍射仪、EDS等分析其形貌和物相；三点弯曲实验测试钛瓷结合强度并进行统计学分析比较。结果 A、B、C 3组试件的钛瓷结合强度均高于ISO9693要求的25 MPa，Nd：YAG激光处理试件钛瓷结合强度较微弧氧化处理高，且两者均高于喷砂组。结论3种处理方式都能提高钛表面的钛瓷结合强度，Nd：YAG激光处理后效果优于微弧氧化和喷砂处理。
