一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法
2023-12-04 02:59:51
一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，對鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進行微弧氧化處理，生成一層含鈣磷的具有生物活性的多孔複合陶瓷膜；將種植體與軟組織接觸的表面部分在氫氟酸與鹽酸組成的混合酸蝕劑中進行表面刻蝕處理；將微弧氧化和表面刻蝕處理後的牙種植體放入含鹽酸米諾環素、骨形成蛋白的複合模擬體液中浸漬，使種植體表面孔內同時裝載有消炎藥鹽酸米諾環素和骨形成蛋白。本發明種植體表面陶瓷膜與鈦或鈦合金基體的結合強度由一般塗層的10～20MPa提高到20～30MPa；骨界面成熟期由目前鈦種植牙的3～6個月縮短到3個月以內；生物學性能符合ISO、中國藥典及美國藥典的有關規定。
【專利說明】一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種牙種植體的製備技術，屬於生物醫用複合材料製備技術。
【背景技術】 [0002]鈦及鈦合金是目前應用歷史最久、應用範圍最廣的種植體材料。鈦及鈦合金具有良好的生物相容性，但無生物活性，在植入早期難以與骨直接形成化學結合，且治癒時間較長。為了提高其生物活性，目前大多採用等離子噴塗、離子濺射、電泳、微波燒結等技術，在其表面製備羥基磷灰石和生物活性玻璃塗層，或用化學活化處理方法製備二氧化鈦或鈦酸鈉凝膠生物活性薄膜，但這些塗層或薄膜均與鈦及鈦合金基體存在明顯的界面，結合強度低，應用中存在長期穩定效果差、塗層與基體金屬結合強度退化甚至脫落等問題。近年來，有人採用微弧氧化技術在鈦及鈦合金表面合成多孔二氧化鈦陶瓷層，該陶瓷層與鈦及鈦合金基體無界面、具有高的結合強度，但無生物活性。於是又有人通過水熱處理強制析出羥基磷灰石層，但結合強度下降達40%。目前涉及微弧氧化的生物活性改性技術是「微弧氧化+後續水熱處理」兩步法，所獲得生物活性表層的結構特徵為「氧化鈦層+羥基磷灰石層」雙層結構，其中的氧化鈦層並無生物活性，而析出的羥基磷灰石層則削弱了表面的多孔性特徵。另外，目前人們多集中於種植體與骨組織接觸部分的改形或改性研究，而種植體與牙齦等軟組織接觸部分的研究報導較少。
[0003]專利CN101138652A公開了一種一種高生物活性表面多孔種植體複合材料製備方法，採用微弧氧化處理設備，在含鈣磷的電解液中對鈦或鈦合金進行微弧氧化處理，其工藝參數是:電解液中鈣和磷的質量比CA/P=3~7，微弧氧化處理時間T=5~20ΜΙΝ，電極電壓U=400~500V，電極頻率F=400~800HZ。微弧氧化處理後在鈦或鈦合金表面自生成一層多孔複合陶瓷膜，將經過微弧氧化處理後的鈦或鈦合金放入含有骨形成蛋白BMP的SBF或FCS或HANKS的複合模擬體液中進行仿生處理，使其表面共生出高生物活性的複合膜。該專利只運用了單一的微弧氧化法，而本發明在種植體與軟組織接觸處運用了刻蝕法，與骨組織接觸處運用了微弧氧化法；且本發明在將上述兩種方法處理後的牙種植體放入含鹽酸米諾環素、骨形成蛋白的複合模擬體液中浸潰，使種植體表面同時裝載有消炎藥鹽酸米諾環素和成骨生長因子骨形成蛋白，從而形成了適合種植體不同組織的、消炎、抗菌、高效的複合材料牙種植體的製備新方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有研究存在的不足，提供一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法。
[0005]本發明採取的技術方案為:
[0006]一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，包括步驟如下:
[0007](I)對鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進行微弧氧化處理，在鈣和磷的質量比Ca/P=3~7的含鈣磷的電解液中微弧氧化，生成一層含鈣磷的具有生物活性的多孔複合陶瓷膜；
[0008](2)將種植體與軟組織接觸的表面部分在氫氟酸與鹽酸組成的混合酸蝕劑中進行表面刻蝕處理；
[0009](3)將微弧氧化和表面刻蝕處理後的牙種植體放入含鹽酸米諾環素、骨形成蛋白的複合模擬體液中浸潰，使種植體表面孔內同時裝載有消炎藥鹽酸米諾環素和骨形成蛋白。
[0010]上述製備方法中所述的微弧氧化處理工藝參數為微弧氧化處理時間T=5~20min，電極電壓U=400~500V，電極頻率f=400~800Hz。優化:電解液中質量比Ca/P=5，微弧氧化時間T=15min,電極電壓U=450V,電極頻率f=600Hz。
[0011 ] 所述的混合酸蝕劑中質量濃度47%的HF與38%的HCl體積比=50:50。
[0012]所述的表面刻蝕處理溫度為55°C，刻蝕處理時間為3_12min。
[0013]步驟(3)所述的浸潰時間為3-10天，浸潰溫度為36_37°C。
[0014]所述的複合模擬體液為鹽酸米諾環素和骨形成蛋白溶於FCS、SBF或Hanks，鹽酸米諾環素濃度為8mg/L,骨形成蛋白BMP4mol/L。
[0015]微弧氧化處理後的鈦或鈦合金種植體表面自生成一層含鈣磷的具有生物活性的多孔複合陶瓷膜，膜組成為:銳鈦礦相TiO2 +金紅石相TiO2 + CaTiO3 + P043_基團。膜層中的Ti，Ca，P呈梯度分布，由表及裡Ti含量逐漸增多，Ca和P含量逐漸減少，O呈均勻分布。含鈣磷的多孔複合陶瓷膜的形成和膜層中成分的梯度分布，不僅有利於膜層與基體界面結合強度的提高，而且賦予多孔複合陶瓷膜以生物活性，有利於種植體表面骨誘導和骨引導作用的充分發揮。刻蝕處理後形成凹凸不平的粗糙表面，顯著增大表面積和改變微細構造，促進軟組織細胞附著生長和結合力的提高。浸潰處理使種植體表面孔內同時裝載有消炎藥鹽酸米諾環素和骨形成蛋白(BMP)，不僅使牙種植體表面具有消炎性，而且進一步增強了牙種植體表面的生物活性，有`利於大幅縮短種植癒合期。
[0016]本發明同時利用「表面改性」和「表面改形」技術，製備軟硬組織適合型複合材料牙種植體，系統解決目前塗層種植體研究領域普遍存在的塗層與基體的結合強度低、種植體與軟硬組織結合不牢固、塗層與軟硬組織的結合不匹配、種植癒合時間長、長期穩定效果差等系列難題。研製出同時具有「生物相容性好，生物活性更高，組織結合牢固，種植癒合期短，長期穩定可靠」等特點的組織適合型複合材料牙種植體。
[0017]本發明的主要技術指標是種植體表面陶瓷膜與鈦或鈦合金基體的結合強度由一般塗層的10~20MPa提高到20~30MPa ;骨界面成熟期由目前鈦種植牙的3~6個月縮短到3個月以內；生物學性能符合ISO、中國藥典及美國藥典的有關規定。本發明技術主要用於人工牙種植體以及人體承力的骨、關節等硬組織修復和替換材料種植體的製備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1純鈦表面微弧氧化陶瓷膜的表面形貌；
[0019]圖2純鈦表面微弧氧化陶瓷膜的截面形貌和膜中成分分布；
[0020]圖3純鈦種植體刻蝕處理後的表面形貌，(a)6min (b) 12min ；
[0021]圖4無鈣磷和含鈣磷膜層樣品在快速鈣化溶液FCS中浸泡4d後的表面形貌；(a)無鈣磷(b)含鈣磷；[0022]圖5為牙種植體的結構示意圖；
[0023]其中，1.牙冠，2.基臺，3.與軟組織接觸部分，4.與骨組織接觸部分。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例進一步說明。
[0025]實施例1 [0026]一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，包括步驟如下:
[0027](I)對鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進行微弧氧化處理，在鈣和磷的質量比Ca/P=5的含鈣磷的電解液中微弧氧化，微弧氧化時間T=15min，電極電壓U=450V，電極頻率f=600Hz，生成一層含鈣磷的具有生物活性的多孔複合陶瓷膜；
[0028](2)將種植體與軟組織接觸的表面部分在氫氟酸與鹽酸組成的混合酸蝕劑中進行表面刻蝕處理，質量濃度47%的HF與38%的HCl體積比=50:50，表面刻蝕處理溫度為55°C，刻蝕處理時間為5min。
[0029](3)將微弧氧化和表面刻蝕處理後的牙種植體放入含鹽酸米諾環素、骨形成蛋白的複合模擬體液中浸潰，使種植體表面孔內同時裝載有消炎藥鹽酸米諾環素和骨形成蛋白，複合模擬體液為鹽酸米諾環素和骨形成蛋白溶於FCS、SBF或Hanks，鹽酸米諾環素濃度為8mg/L，骨形成蛋白BMP4mol/L，浸潰時間為5天，浸潰溫度為37°C。
[0030]對與骨組織接觸部分的純鈦種植體表面，用優化後的微弧氧化工藝處理後形成的含鈣磷的多孔陶瓷膜的表面凹凸不平，並形成了許多大小不一的微孔，孔洞周圍有明顯的熔融物噴出堆積現象，類似於火山噴發後形成的火山口的特徵，如圖1所示；陶瓷膜的組成為銳鈦礦相TiO2 +金紅石相TiO2 + CaTiO3 + PO43-基團，膜厚度為23.2μπι ;膜層中的Ti，Ca，P呈梯度分布，由表及裡Ti含量逐漸增多，Ca和P含量逐漸減少，O分布比較均勻；Ca，P，O元素主要集中在氧化膜層中，靠近鈦基體處的含量極微，膜表面的Ca/P = 1.528，如圖2所示；膜層中成分的梯度分布，不僅有利於膜層與基體界面結合強度的提高，而且有利於減少微弧氧化處理對鈦基體力學性能的不良影響，反映表面氧化膜與基體結合能力的臨界負荷值為29.5N。
[0031]對與軟組織接觸的純鈦種植體表面，用HF:HC1=50:50的混合酸蝕劑進行表面刻蝕處理後，形成了凹凸不平的粗糙表面，並改善了表面微細結構，有利於促進軟組織細胞附著生長和結合力的提聞，如圖3所不。
[0032]將無鈣磷(a)和含鈣磷(b)膜層樣品在模擬體液FCS中浸泡4d後的表面形貌如圖4所示。從中看出，在FCS溶液中浸泡4d後，無鈣磷膜層的表面形貌與微弧氧化處理後相比無明顯變化(見圖4a)，而含鈣磷膜層的表面形成了團絮狀和薄片狀物質，且薄片狀物質呈一定的晶體取向(見圖4b)。X射線衍射分析表明，無鈣磷膜層由銳鈦礦相TiO2和金紅石相TiO2構成，而含鈣磷膜層除了銳鈦礦相TiO2和金紅石相TiO2的衍射峰外，還出現了羥基磷灰石HA的衍射峰。表明含鈣磷的微弧氧化多孔陶瓷膜具有更高的生物活性，更適合骨組織的誘導和引導生長。
[0033]實施例2
[0034]一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，包括步驟如下:
[0035](I)對鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進行微弧氧化處理，在鈣和磷的質量比Ca/P=3的含鈣磷的電解液中微弧氧化，微弧氧化時間T=IOmin,電極電壓U=500V，電極頻率f=700Hz，生成一層含鈣磷的具有生物活性的多孔複合陶瓷膜；
[0036](2)將種植體與軟組織接觸的表面部分在氫氟酸與鹽酸組成的混合酸蝕劑中進行表面刻蝕處理，質量濃度47%的HF與38%的HCl體積比=50:50，表面刻蝕處理溫度為55°C，刻蝕處理時間為8min。
[0037](3)將微弧氧化和表面刻蝕處理後的牙種植體放入含鹽酸米諾環素、骨形成蛋白的複合模擬體液中浸潰，使種植體表面孔內同時裝載有消炎藥鹽酸米諾環素和骨形成蛋白，複合模擬體液為鹽酸米諾環素和骨形成蛋白溶於FCS、SBF或Hanks，鹽酸米諾環素濃度為8mg/L，骨形成蛋白BMP4mol/L，浸潰時間為5天，浸潰溫度為36°C。
[0038]實施例3
[0039]一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，包括步驟如下:
[0040](I)對鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進行微弧氧化處理，在鈣和磷的質量比Ca/P=6的含鈣磷的電解液中微弧氧化，微弧氧化時間T=20min，電極電壓U=400V，電極頻率f=650Hz，生成一層含鈣磷的具有生物活性的多孔複合陶瓷膜；
[0041](2)將種植體與軟組織接觸的表面部分在氫氟酸與鹽酸組成的混合酸蝕劑中進行表面刻蝕處理，質量濃度47%的HF與38%的HCl體積比=50:50，表面刻蝕處理溫度為55°C，刻蝕處理時間為IOmin。
[0042](3)將微弧氧化和表面刻蝕處`理後的牙種植體放入含鹽酸米諾環素、骨形成蛋白的複合模擬體液中浸潰，使種植體表面孔內同時裝載有消炎藥鹽酸米諾環素和骨形成蛋白，複合模擬體液為鹽酸米諾環素和骨形成蛋白溶於FCS、SBF或Hanks，鹽酸米諾環素濃度為8mg/L，骨形成蛋白BMP4mol/L，浸潰時間為5天，浸潰溫度為37°C。
【權利要求】
1.一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，其特徵是，包括步驟如下: (1)對鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進行微弧氧化處理，在鈣和磷的質量比Ca/P=3~7的含鈣磷的電解液中微弧氧化，生成一層含鈣磷的具有生物活性的多孔複合陶瓷膜； (2)將種植體與軟組織接觸的表面部分在氫氟酸與鹽酸組成的混合酸蝕劑中進行表面刻蝕處理； (3)將微弧氧化和表面刻蝕處理後的牙種植體放入含鹽酸米諾環素、骨形成蛋白的複合模擬體液中浸潰，使種植體表面孔內同時裝載有消炎藥鹽酸米諾環素和骨形成蛋白。
2.根據權利要求1所述的一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，其特徵是，所述的微弧氧化處理工藝參數為微弧氧化處理時間T=5~20min，電極電壓U=400~500V，電極頻率f=400~800Hz。
3.根據權利要求2所述的一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，其特徵是，電解液中質量比Ca/P=5，微弧氧化時間T=15min，電極電壓U=450V，電極頻率f=600Hz。
4.根據權利要求1所述的一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，其特徵是，所述的混合酸蝕劑中47%的HF與38%的HCl體積比=50:50。
5.根據權利要求1所述的一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，其特徵是，所述的表面刻蝕處理溫度為55°C，刻蝕處理時間為3-12min。
6.根據權利要求1所述的一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，其特徵是，步驟(3)所述的浸潰時間為3-10天，浸潰溫度為36-37°C。
7.根據權利要求1所述的一種組織適合型複合材料牙種植體的製備方法，其特徵是，所述的複合模擬體液為鹽酸米諾環素和骨形成蛋白溶於FCS、SBF或Hanks，鹽酸米諾環素濃度為8mg/L，骨形成蛋白BMP4mol/L。
【文檔編號】A61L27/54GK103611188SQ201310624248
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】朱瑞富, 王志剛, 王宏元, 呂宇鵬, 王曉亭 申請人:山東大學