随着人口老龄化加剧和意外损伤频发，骨缺损修复成为临床面临的重大挑战。钛及钛合金因其优良的机械性能和生物相容性被广泛用作骨科和牙科种植体。然而，传统钛种植体表面为生物惰性，与周围骨组织的结合速度慢、强度不足，可能导致种植体松动甚至失败，严重影响患者预后。因此，如何通过表面改性技术提升种植体与骨的整合效率，即加速骨整合（Osseointegration）过程，成为生物材料领域的研究热点。
现有表面改性技术如喷砂酸蚀、等离子喷涂等虽能改善骨整合，但往往工艺复杂、成本高昂或难以精确控制微纳级结构。近年来，激光加工技术因其高精度、非接触和可灵活调控表面形貌的特性受到关注。特别是飞秒激光能够制备复杂的微纳结构，但设备昂贵、加工效率低，限制了其临床转化。相比之下，纳秒激光成本较低、更易于规模化，但其在种植体表面改性中的应用潜力，尤其是在单步加工中同时实现微米-纳米多级结构和良好生物相容性的能力，尚需系统验证。
在此背景下，研究人员开展了一项创新性研究，旨在探索单步纳秒激光处理能否作为一种经济有效的替代方案，为钛种植体创建既能促进成骨细胞行为（如粘附、增殖）又具备良好生物安全性的功能表面。相关成果发表在《Scientific Reports》上。
关键技术方法概述
研究采用单步纳秒激光在两种不同脉冲能量（1.95 mJ/脉冲对应P_0.5组，4.00 mJ/脉冲对应P_0.5组）下对钛基底进行结构化处理。利用扫描电子显微镜（SEM）观察表面形貌，能量色散X射线光谱（EDS）和X射线衍射（XRD）分析元素组成与物相，拉曼光谱（Raman spectroscopy）和飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）鉴定表面化学状态与钛氧簇（如TiO3–, TiO2–, TiO–）。接触角测量评估表面润湿性，轮廓仪进行表面粗糙度分析。生物学评价采用小鼠成骨前体细胞系（MC3T3-E1）进行细胞毒性检测、增殖试验及细胞粘附形态观察。
研究结果
表面理化特性
SEM显示两种激光参数均成功在钛表面制造出微米与纳米尺度相结合的复杂形貌。表面粗糙度显著增加，且表现出疏水行为。EDS和XRD证实表面氧化水平适中，氧原子百分比在25%至31%之间。ToF-SIMS检测到多种钛氧簇离子，表明激光处理诱导了特定的表面化学变化。
生物学性能
细胞毒性试验表明，两种激光处理后的钛材料均无细胞毒性，生物相容性良好。细胞增殖实验显示，随着培养时间延长，成骨前体细胞在改性表面上的数量持续增加，表明材料支持细胞分裂与生长。更重要的是，细胞粘附实验观察到成骨前体细胞在P_0.4和P_0.5组表面上均呈现良好的铺展和粘附状态，说明激光制备的微纳结构有效促进了细胞与材料的早期相互作用。
结论与意义
本研究证实，单步纳秒激光处理是一种高效、经济的钛种植体表面功能化策略。它能够在单步加工中同步实现钛表面的微纳结构构筑和适度的化学改性（氧化及钛氧簇形成），所得表面不仅无生物毒性，而且能显著促进成骨前体细胞的粘附与增殖。该技术达到了与更复杂的飞秒激光处理相媲美的生物学性能，同时因其设备成本低、加工效率高、易于规模化而展现出巨大的临床转化潜力。这项工作为开发高性能、低成本的骨科和牙科种植体提供了新的表面工程解决方案，对推进植入医疗器械的发展具有重要意义。
