本文发表于《Electrochimica Acta》期刊，2024年第485卷，文章编号144087，由Eleonora Hubenova、Mario Mitov和Yolina Hubenova等作者共同完成。研究团队分别来自保加利亚的普罗夫迪夫大学化学系、保加利亚科学院电化学与能源系统研究所、以及西南大学生态能源技术创新中心。该研究通过电化学和分子生物学方法，探讨了微生物诱导腐蚀（Microbiologically Influenced Corrosion, MIC）是否可能是牙科植入物（dental implants）被排斥的原因。

研究背景

微生物诱导腐蚀（MIC）是一种近年来备受关注的现象，主要由附着在固体表面的生物膜中的细菌引发。MIC的研究主要集中在船舶制造、石油管道等工业材料上，目的是减少因腐蚀导致的材料损失和环境污染。然而，关于医疗器械（如牙科植入物）的MIC研究相对较少。钛基植入物因其良好的组织相容性、强度和耐腐蚀性，广泛应用于骨科和心脏手术等领域。尽管如此，牙科植入物的排斥率较高，原因复杂，可能与口腔微生物群的影响有关。本研究旨在通过电化学和分子生物学方法，探讨口腔微生物群对钛基牙科植入物腐蚀的影响。

研究方法

研究分为多个步骤，主要包括： 1. 唾液细菌的鉴定：通过16S核糖体扩增子测序法（16S ribosomal amplicon method）鉴定唾液中的细菌种类。唾液样本经过稀释、培养、DNA提取和测序，最终鉴定出多种细菌，包括奈瑟菌属（Neisseria）、链球菌属（Streptococcus）和罗氏菌属（Rothia）等。 2. 实验设置：使用三电极电化学池，将钛基牙科植入物作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极。实验分别在含有唾液细菌的Ringer/葡萄糖溶液、无菌唾液/Ringer溶液和纯Ringer溶液中进行。 3. 电化学分析：通过开路电位（OCP）、线性扫描伏安法（LSV）、电化学阻抗谱（EIS）和差分脉冲伏安法（DPV）等方法，监测植入物在不同环境中的腐蚀行为。EIS用于分析电荷转移过程，DPV用于评估细菌在植入物表面的电化学活性。 4. 植入物表面分析：通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）分析长期暴露于细菌环境后的植入物表面形貌和元素组成。

研究结果

1. 电化学表征：实验结果显示，含有唾液细菌的样品在初始阶段的腐蚀电位显著低于无菌样品，腐蚀电流密度也更高。随着时间推移，含有细菌的样品的腐蚀电位逐渐向正方向移动，腐蚀电流密度降低。EIS分析表明，含有细菌的样品在低频区表现出较低的极化电阻，表明细菌的存在加速了腐蚀过程。
2. 细菌鉴定：通过16S核糖体扩增子测序，鉴定出多种口腔细菌，包括奈瑟菌属、链球菌属和罗氏菌属。这些细菌可能通过破坏钛表面的氧化膜，加速腐蚀过程。
3. 长期腐蚀行为：经过4个月的培养，含有细菌的样品表现出更高的腐蚀电流密度和更低的腐蚀电位，表明细菌的存在显著加速了钛基植入物的腐蚀。SEM和EDS分析显示，植入物表面出现了明显的划痕和裂纹，表明腐蚀过程已经深入材料内部。

结论

本研究通过电化学和分子生物学方法，揭示了口腔微生物群对钛基牙科植入物腐蚀的显著影响。研究发现，口腔中的细菌（如奈瑟菌属、链球菌属和罗氏菌属）能够破坏钛表面的氧化膜，加速腐蚀过程。EIS被证明是一种快速评估钛基植入物在特定条件下腐蚀敏感性的有效方法。研究结果为理解牙科植入物排斥的机制提供了新的视角，并为未来改进植入物材料的设计提供了重要参考。

研究亮点

1. 重要发现：口腔微生物群显著加速了钛基牙科植入物的腐蚀，特别是通过破坏钛表面的氧化膜。
2. 方法创新：结合电化学阻抗谱（EIS）和分子生物学方法，提供了对微生物诱导腐蚀过程的深入理解。
3. 应用价值：研究结果为改进牙科植入物材料的设计和延长其使用寿命提供了科学依据。

其他有价值的内容

研究还指出，未来需要进一步研究不同患者口腔微生物群的差异及其对植入物腐蚀的影响。此外，研究团队开发了一种基于EIS的快速评估方法，可用于评估钛基材料在特定环境中的腐蚀敏感性。