能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根的製作方法
2023-10-05 06:06:19
專利名稱：能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根，特別涉及一種選用純鈦
或鈦合金加工基體，採用鹼液水熱合成技術獲得微孔鈦酸鈉生物活性塗層，通過溶液浸漬 離子交換摻鈰，使用離心負載技術負載骨形態發生蛋白的人工牙根及其製備方法，屬於人 工牙根材料技術領域。
背景技術：
人工種植牙在國際上被認為是牙齒缺失的首選修復手段，它在功能、形態、使用效 果等方面與真牙類似，可以稱之為"仿真牙"。種植牙由人工牙根和烤瓷牙冠組成，純鈦以及 它的合金廣泛用於牙科植入體人工牙根的製造。然而，普通的二氧化鈦層沒有足夠的活性 與骨直接形成聯繫，有時候轉化為缺乏骨整合使得長期植入失敗。植入體表面形貌和化學 特徵改性被證明是一種提高骨整合的有效手段，是一種可確保骨接觸式植入體穩定性的可 靠途徑。 稀土元素鈰有良好的物理化學穩定性，可以通過高溫、高壓以及濾過等方法進行 滅菌。鈰元素具有多種生物學效應高濃度的鈰通過軟化細胞壁將其分離，並逐步使原生質 溢出，進而達到抑制細菌生長的目的；它還可能會固定燒傷時產生的脂蛋白混合物，阻止其 進入體內，從而減輕炎性反應，並能防止燒傷後的免疫抑制現象，使組織受到的損傷不會進 一步加重；可通過促進DNA無誤修復和阻斷致突變物對正常DNA損傷等方式來達到抗突變 作用。 骨形態發生蛋白(BMP)是廣泛存在於骨基質中的一種低分子糖蛋白多肽，可以作 用於間充質細胞表面受體，誘導血管周圍的未分化間充質細胞和骨髓基質細胞轉化為軟骨 和骨細胞，具有誘導骨形成的生物特性。在人工牙根表面負載骨形態發生蛋白(BMP)，可以 顯著提高植入初期人工牙根表面誘導成骨的能力。但是BMP易被較快吸收、降解，必須要有 合適的載體起到提高其釋放周期的作用。 人體硬組織的主要無機質是鈣磷相，而鈦酸鈉鹽在體液中可以轉變為水合二氧 化鈦，使金屬表面原位形成許多Ti-0H基團，從而誘導體液中的鈣、磷沉積，形成磷灰石層 (Ceramics International, 1996， 79 (24) :1127-1129)。另外由於鈦酸鈉晶體的特殊結構， 使得鈉離子有著很強的交換能力，可以與多種陽離子進行置換，從而進行離子緩釋，加強鈦 酸鈉結構層的功能性。同時表面微孔的特殊形貌增大了比表面積，使得鈦酸鈉結構層在負 載能力方面得到極大的增強。 製備具有生物活性的鈦酸鈉結構的常用方法是鹼液水熱合成技術。中國專利 ZL02117866. 6 "—種製備水合鈦酸鈉鹽以及系列鈦酸鹽納米管的工藝方法"公開了一種基 於鹼液水熱合成技術製備鈦酸鈉納米結構的方法，即在密閉容器中使用二氧化鈦粉體或者 偏鈦酸粉體與氫氧化鈉溶液進行水熱反應，最終製得具有管狀結構的分散的鈦酸鈉鹽。但 該製備方法只能製備出分散的鈦酸鹽結構，並沒有涉及金屬基體表面的製備。而鈦酸鈉作 為一種極具潛力的生物醫用材料，還很少有應用於人工牙根材料技術領域。因此尋找合適的工藝在人工牙根金屬基體表面製備具有特殊結構的鈦酸鈉生物活性塗層，並且增強其功 能性和負載能力，將越來越受到人工牙根材料技術領域的重視。
發明內容
技術問題本發明的目的是針對人工牙根材料上述不足，提出一種具有稀土元素 鈰緩釋功能，並且可以顯著提高植入初期人工牙根表面誘導成骨能力的人工牙根及其製備 方法。 技術方案這種能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根在金屬基體表面有一層採 用鹼液水熱合成技術製備的具有微孔結構的鈦酸鈉生物活性層，其表面利用溶液浸漬離子 交換進行摻鈰，並且使用離心負載技術複合有骨形態發生蛋白(BMP)。具有微孔結構的鈦酸 鈉生物活性層與金屬基體結合強度高，由於鈦酸鈉微孔結構交替堆疊生長於基體表面，具 有很好的生物活性並且能促進磷灰石層的沉積生長；鈰元素摻入後在人工牙根表面緩釋， 具有多種生物學效應，可以產生抑制細菌的生長、減輕炎性反應等有益效果。同時微孔結構 也是BMP的理想載體。人工牙根與BMP複合通常採用離心負載技術，BMP可通過離心效應 與毛細管效應的雙重作用深入滲透到微孔鈦酸鈉塗層中，使人工牙根表面BMP的攜帶量大 大提高。人工牙根植入人體後，其表面BMP釋放周期延長，有利於BMP誘導成骨作用的充分 發揮。 本發明通過以下技術方案加以實現 在這種能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根金屬基體表面有一層具有微孔結 構的鈦酸鈉生物活性塗層，微孔塗層上進一步摻鈰，並且複合有骨形態發生蛋白(BMP)。
所述及的微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層與金屬基體表面結合，由鈦或者鈦合金 基體表面與氫氧化鈉溶液進行水熱反應生成的鈦酸鈉微孔結構相互交替堆疊而成；所述及 的鈰元素通過溶液浸漬與鈦酸鈉的鈉離子進行陽離子交換；所述及的BMP由離心負載技術 複合於微孔結構塗層中。
其製備的步驟如下 1)首先選用純鈦或者鈦合金加工好人工牙根； 2)把人工牙根表面打磨拋光，然後採用鹼液水熱合成技術在其表面獲得具微孔結 構的鈦酸鈉生物活性塗層； 3)再通過溶液浸漬離子交換在微孔鈦酸鈉層內摻入稀土元素鈰；
4)最後採用離心負載技術在摻鈰的微孔鈦酸鈉層內負載骨形態發生蛋白。
所述及的鹼液水熱合成技術，採用濃度為5 15mol/L的NaOH水溶液，處理時間 為4 200小時，處理溫度為60 180攝氏度。 所述及的溶液浸漬離子交換，採用濃度為0. 05-5. Omol L—1可溶性鈰鹽水溶液，
可溶性鈰鹽水溶液液面應淹過人工牙根，浸漬時間不少於24小時，隨後用去離子水清洗幾
次，以消除剩餘的可溶性離子，樣品在真空下60-10(TC乾燥不少於6小時；所述的可溶性鈰
鹽水溶液採用硝酸鈰、硝酸鈰氨或氯化鈰中的一種或兩種可溶性鈰鹽配製。 所述及的離心負載技術具體操作為將表面具有摻鈰微孔鈦酸鈉生物活性塗層的
人工牙根置於離心機中，倒入濃度為0. 1 50mg/L的骨形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸
緩衝鹽溶液組成的混合溶液，並淹過兩倍以上高度，以2000 80000rpm的離心速度工作5 30min，其間保持工作溫度為4 40°C 。
有益效果 (1)鈰元素具有多種生物學效應，向人工牙根表面微孔鈦酸鈉生物活性層中摻鈰，
可以產生抑制細菌的生長、減輕炎性反應等有益效果。該人工牙根材料有很好的生物活性、
殺菌作用以及誘導成骨效應，可在短期內安全地與骨組織形成牢固的生理結合。
(2)人工牙根表面鈦酸鈉生物活性塗層與金屬基體結合強度高，並具有理想的微
孔結構，可作為"晶核基面"促進磷灰石層的沉積生長，鈦酸鈉結構中的鈉陽離子易於進行
離子交換摻入各種元素，同時微孔也是BMP理想的載體，有利於BMP誘導成骨作用的充分發揮。
圖1為本發明人工牙根表面具有微孔結構的鈦酸鈉表面層形態的掃描電鏡(SEM) 照片； 圖2是本發明人工牙根表面具有微孔結構的鈦酸鈉表面層的X射線衍射(XRD) 譜； 具體實例方式
實施例1 (1)首先選用純鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面水熱處理將人工牙根打磨拋光，然後用丙酮、70%的酒精、蒸 餾水超聲清洗，採用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進行水熱反應，工作溫度120攝氏 度，處理時間為6小時，在人工牙根表面獲得具微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層，其SEM照 片和XRD譜分別見圖l和圖2。 (3)浸漬法摻鈰處理將上述製備的表面覆蓋微孔鈦酸鈉生物活性層的人工牙根 浸漬在可溶性鈰鹽(NH4) 2Ce (N03) 6水溶液中通過離子交換摻入稀土元素鈰，(NH4) 2Ce (N03) 6 水溶液濃度為0. 05mol L—、溶液液面應淹過人工牙根，浸漬時間不少於24小時，隨後用去 離子水清洗幾次，以消除剩餘的可溶性離子(NH4+， Ce4+， N03—)，樣品在真空下60-10(TC乾燥 不少於6小時，以在人工牙根表面獲得鈰摻雜的鈦酸鈉生物活性層； (4)BMP的離心負載處理將表面具微孔結構的摻鈰鈦酸鈉生物活性塗層的人工 牙根固定於離心筒內，倒入0. 1 50mg/L的骨形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶 液組成的混合溶液，並淹過兩倍以上高度，以6000rpm的離心速度工作時間5 30min，保持 工作溫度4 40。C，取出； (5)將上述取出人工牙根用酒精淋洗後，真空乾燥，消毒後無菌保存，備用，即可得
本發明能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根。
實施例2 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工牙根； (2)人工牙根表面水熱處理將人工牙根打磨拋光，然後用丙酮、70%的酒精、蒸 餾水超聲清洗，採用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進行水熱反應，工作溫度120攝氏 度，處理時間為6小時。 (3)浸漬法摻鈰處理將上述製備的表面覆蓋微孔鈦酸鈉生物活性層的人工牙根浸漬在可溶性鈰鹽Ce (N03) 4水溶液中通過離子交換摻入稀土元素鈰，Ce (N03) 4水溶液濃度 為0. 05mol L—、溶液液面應淹過人工牙根，浸漬時間不少於24小時，隨後用去離子水清洗 幾次，以消除剩餘的可溶性離子(Ce4+， N03—)，樣品在真空下60-10(TC乾燥不少於6小時，以 在人工牙根表面獲得鈰摻雜的鈦酸鈉生物活性層； (4)BMP的離心負載處理將表面具微孔結構的摻鈰鈦酸鈉生物活性塗層的人工 牙根固定於離心筒內，倒入0. 1 50mg/L的骨形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶 液組成的混合溶液，並淹過兩倍以上高度，以8000rpm的離心速度工作時間5 30min，保持 工作溫度4 40。C，取出； (5)將上述取出人工牙根用酒精淋洗後，真空乾燥，消毒後無菌保存，備用，即可得
本發明能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根。
實施例3 (1)首先選用純鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面水熱處理將人工牙根打磨拋光，然後用丙酮、70%的酒精、蒸 餾水超聲清洗，採用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進行水熱反應，工作溫度150攝氏 度，處理時間為72小時，在人工牙根表面獲得具微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層。
(3)浸漬法摻鈰處理將上述製備的表面覆蓋微孔鈦酸鈉生物活性層的人工牙根 浸漬在可溶性鈰鹽(NH4) 2Ce (N03) 6水溶液中通過離子交換摻入稀土元素鈰，(NH4) 2Ce (N03) 6 水溶液濃度為0. 05mol L—、溶液液面應淹過人工牙根，浸漬時間不少於24小時，隨後用去 離子水清洗幾次，以消除剩餘的可溶性離子(NH4+， Ce4+， N03—)，樣品在真空下60-10(TC乾燥 不少於6小時，以在人工牙根表面獲得鈰摻雜的鈦酸鈉生物活性層； (4)BMP的離心負載處理將表面具微孔結構的摻鈰鈦酸鈉生物活性塗層的人工 牙根固定於離心筒內，倒入0. 1 50mg/L的骨形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶 液組成的混合溶液，並淹過兩倍以上高度，以6000rpm的離心速度工作時間5 30min，保持 工作溫度4 40。C，取出； (5)將上述取出人工牙根用酒精淋洗後，真空乾燥，消毒後無菌保存，備用，即可得
本發明能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根。 實施例4 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工牙根； (2)人工牙根表面水熱處理將人工牙根打磨拋光，然後用丙酮、70%的酒精、蒸 餾水超聲清洗，採用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進行水熱反應，工作溫度150攝氏 度，處理時間為72小時。 (3)浸漬法摻鈰處理將上述製備的表面覆蓋微孔鈦酸鈉生物活性層的人工牙 根浸漬在可溶性鈰鹽CeCl4水溶液中通過離子交換摻入稀土元素鈰，CeCl4水溶液濃度為 0. 05mol L—、溶液液面應淹過人工牙根，浸漬時間不少於24小時，隨後用去離子水清洗幾 次，以消除剩餘的可溶性離子(Ce4+， CI—)，樣品在真空下60-10(TC乾燥不少於6小時，以在 人工牙根表面獲得鈰摻雜的鈦酸鈉生物活性層； (4)BMP的離心負載處理將表面具微孔結構的摻鈰鈦酸鈉生物活性塗層的人工 牙根固定於離心筒內，倒入0. 1 50mg/L的骨形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶 液組成的混合溶液，並淹過兩倍以上高度，以80000rpm的離心速度工作時間5 30min，保
6持工作溫度4 4(TC，取出； (5)將上述取出人工牙根用酒精淋洗後，真空乾燥，消毒後無菌保存，備用，即可得 本發明能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根。 顯然，本發明的上述實施例僅僅是為了清楚說明本發明所作的舉例，而並非是對 本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，還可在上述說明的基礎上 做出其它不同形式的變化或變動，這裡無需也無法對所有實施方式予以窮舉，而這些屬於 本發明的精神所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍內。
權利要求
一種能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根，其特徵在於所述的能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根是由純鈦或鈦合金人工牙根基體以及負載有稀土元素鈰和骨形態發生蛋白(BMP)的具有微孔結構的鈦酸鈉生物活性層組成，所述及的具有微孔結構的鈦酸鈉生物活性層與金屬基體表面結合，由鈦或者鈦合金基體表面與氫氧化鈉溶液水熱反應生成的鈦酸鈉微孔結構相互交替堆疊而成，再通過溶液浸漬離子交換在微孔鈦酸鈉層內摻入稀土元素鈰，最後採用離心負載技術在摻鈰的微孔鈦酸鈉層內負載骨形態發生蛋白(BMP)。所述及能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根製備方法按如下步驟進行1)首先選用純鈦或者鈦合金加工好人工牙根；2)把人工牙根表面打磨拋光，然後採用鹼液水熱合成技術在其表面獲得具微孔結構的鈦酸鈉生物活性塗層；3)再通過溶液浸漬離子交換在微孔鈦酸鈉層內摻入稀土元素鈰；4)最後採用離心負載技術在摻鈰的微孔鈦酸鈉層內負載骨形態發生蛋白。
2. 根據權利要求1所述的能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根的製備方法，其特徵 在於所述及的鹼液水熱合成技術，採用濃度為5 15mol/L的NaOH水溶液，處理時間為4 200小時，處理溫度為60 180攝氏度。
3. 根據權利要求1所述的能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根的製備方法，其特徵 在於所述及的溶液浸漬離子交換，採用濃度為0. 05-5. 0 mol L—1可溶性鈰鹽水溶液，可溶 性鈰鹽水溶液液面應淹過人工牙根，浸漬時間不少於24小時，隨後用去離子水清洗幾次， 以消除剩餘的可溶性離子，樣品在真空下60-10(TC乾燥不少於6小時；所述的可溶性鈰鹽 水溶液採用硝酸鈰、硝酸鈰氨或氯化鈰中的一種或兩種可溶性鈰鹽配製。
4. 根據權利要求1所述的能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根的製備方法，其特徵 在於所述及的離心負載技術，具體操作為將表面具有摻鈰微孔鈦酸鈉生物活性塗層的人 工牙根置於離心機中，倒入濃度為0. 1 50mg/L的骨形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩 衝鹽溶液組成的混合溶液，並淹過兩倍以上高度，以2000 80000rpm的離心速度工作5 30min，其間保持工作溫度為4 40°C 。
全文摘要
本發明是一種能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根，這種人工牙根由純鈦或鈦合金人工牙根基體以及負載有稀土元素鈰和骨形態發生蛋白(BMP)的微孔鈦酸鈉生物活性層組成。所述及的具有微孔結構的鈦酸鈉層生物活性層與金屬基體表面結合，由鈦或者鈦合金基體表面與氫氧化鈉溶液水熱反應生成的鈦酸鈉微孔結構相互交替堆疊而成，鈰與鈉進行陽離子交換摻入塗層，BMP通過離心力與毛細管作用複合於微孔結構中。製備的方法為首先選用純鈦或鈦合金加工好人工牙根；然後採用鹼液水熱合成技術在人工牙根表面獲得具有微孔結構的鈦酸鈉層；再通過溶液浸漬離子交換在微孔鈦酸鈉層內摻入稀土元素鈰；最後採用離心負載技術在摻鈰的微孔鈦酸鈉層內負載骨形態發生蛋白。
文檔編號A61K6/02GK101791267SQ20101001710
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月1日 優先權日2010年1月1日
發明者儲成林, 浦躍樸, 饒席 申請人:東南大學