一種牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法

2023-10-19 22:43:57 3

一種牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法。該方法包括牙種植體，對牙種植體進行以下步驟的操作：將鈦片用SiC金相砂紙打磨、清洗、乾燥後設置在牙種植體表面形成鈦基底層；在鈦基底層表面製備La-HA/TiO2複合塗層；在La-HA/TiO2複合塗層表面製備HA塗層；將牙種植體置於含有La的磷灰石/膠原溶液中，在表面形成磷灰石/膠原塗層。本發明在鈦表面製備出La-HA/TiO2複合塗層，有效降低HA塗層溶解性過大以及原來HA與金屬界面存在的不穩定問題，增強了塗層的化學穩定性和結合力；採用新的塗層設計，從內到外生物活性、溶解度增加的梯度，以及從外到內化學穩定性、結合強度增加的梯度。
【專利說明】一種牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法
【技術領域】[0001]本發明涉及一種生物醫學領域，尤其是涉及一種牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法。
【背景技術】[0002]鈦具有良好的力學性能和生物相容性，是生物醫學中常用的金屬植入材料。但鈦的生物活性較差，植入體內後與周圍骨組織之間的結合只是機械嵌合，不能形成有效的骨性結合，植入體內後容易發生鬆動和脫落。因而,對鈦種植體表面的改性研究就成為近年來生物材料研究的熱點。其中，作為與人骨無機質有相似的化學成分和晶體結構的羥基磷灰石生物陶瓷(hydroxyapatite，簡稱HA)，因顯示出優異的生物活性和促進骨組織再生能力，被廣泛應用於鈦金屬表面的改性研究。因為材料的生物相容性和生物活性主要體現在材料的表面，其生物學行為是一種界面行為，所以採用不同工藝方法將HA生物陶瓷塗覆在鈦基體表面，製備鈦基羥基磷灰石生物陶瓷塗層，可實現由金屬基體提供骨修復和替換材料所需的力學強度，同時表層的羥基磷灰石生物活性塗層與體內骨組織形成良好的骨整合而達到錨定種植體的目的。[0003]儘管HA表面塗層技術越來越成熟，但單純的HA晶體始終存在脆性大、抗折強度低，與鈦基結合強度低等問題，極大地限制了臨床應用。後來的研究著重於磷灰石複合塗層的製備，通過有機/無機或金屬/非金屬的搭配模式，在磷灰石中複合蛋白、多糖、生長因子等高分子化合物或金屬及其衍生物等來構建複合塗層，從生物活性、溶解性或結合強度等方面得以改善磷灰石塗層的性能。但這些研究始終沒改變單一性質塗層的本質，無法同時滿足塗層在結合強度、生物活性和溶解性等方面的要求。隨著臨床對種植體的要求越來越高，以及生物材料學研究的不斷發展，單一性質的塗層已經不能滿足臨床需要，採用單一的塗層就想同時獲得理想的生物活性、溶解性、機械性能及結合強度幾乎是不可能的。對鈦表面磷灰石塗層的梯度設計和功能設計，己經成為了種植體生物材料表面改性研究領域中最有前景的一個方向和熱點。

【發明內容】
[0004]本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種具有高結合強度，具有多個塗層，具有適宜降解度磷灰石複合塗層的牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法。[0005]本發明採用以下技術方案:一種牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法，其特徵是包括包括牙種植體，對牙種植體進行以下步驟的操作:第一步，將鈦片用SiC金相砂紙打磨、清洗、乾燥後設置在牙種植體表面形成鈦基底層； 第二步，在鈦基底層表面製備La-HA/Ti02複合塗層，生成梯度TiO2Zla-HA= (100-χ) /X，其中χ=20-80，實現塗層熱膨脹係數和彈性模量的梯度過渡； 第三步，在La-HA/Ti02複合塗層表面製備HA塗層；第四步，將牙種植體置於含有La的磷灰石/膠原溶液中，在表面形成磷灰石/膠原塗層。
[0006]作為一種改進，La-HA/Ti02複合塗層和HA塗層的製備通過溶膠凝膠法實現，所述第二步中La-HA/Ti02複合塗層採用第一溶膠凝膠法製備，第一溶膠凝膠法製備包括以下步驟:
[1]La-HA溶膠的配製:採用Ca(NO3)2.4H20和P2O5作為前驅體，將含有P的無水乙醇溶液均勻滴加到含Ca的無水乙醇溶液中，保持溶液中Ca/P=5/3，並繼續加入含有La的無水乙醇溶液，無水乙醇溶液中La和(Ca+La)的比例達到La/(Ca+La) = 1/5，磁力攪拌後陳化形成溶膠；
[2]Na2Ti6O13溶膠的配製:將鈦酸丁酷(TiPT)溶於無水乙醇形成TiPT溶液，在TiPT溶液中加入 HN03、H20、NaNO3, TiPT:HNO3:H2O =NaNO3= 3:1.5:12:1，在室溫下恆溫用磁力攪拌器攪拌製備出Na2Ti6O13溶膠；
[3]La-HA/Ti02溶膠的配製:通過在La-HA溶膠中添加Na2Ti6O13溶膠，制出La_HA/Ti02溶膠；
[4]製備1^-撤/1102複合塗層:1]將牙種植體浸入到La-HA/Ti02溶膠中，然後以50mm/min的速度提升使形成的La_HA/Ti02複合塗層在牙種植體表面均勻分布，2]將牙種植體放置在烘箱中乾燥；3]把牙種植體放入燒結爐中熱處理。
[0007]作為一種改進，第三步中HA塗層採用第二溶膠凝膠法製備，第二溶膠凝膠法包括以下步驟:
(1)HA溶膠的配製:採用Ca(NO3)2.4Η20和P2O5作為前驅體，將含有P的無水乙醇溶液均勻滴加到含Ca的無水乙醇溶液中，保持溶液中Ca/P=5/3，磁力攪拌後陳化形成溶膠；
(2)製備HA塗層:I)將牙種植體浸入到HA溶膠中，然後以均勻的速度提升使形成的HA塗層在牙種植體表面均勻分布，2)將牙種植體放置在烘箱中乾燥；3)把牙種植體放入燒結爐中熱處理。
[0008]作為一種改進，磷灰石/膠原塗層採用仿生法沉積在牙種植體表面。
[0009]作為一種改進,第二步步驟中，生成梯度Ti02/La_HA= (100-χ)/ χ,其中x=20、40、60、80o
[0010]本發明的有益效果:生物梯度塗層的主要特徵有以下三點:①塗層的組分和結構呈連續性變化；②材料內部沒有明顯界面；③材料的性質也相應呈梯度變化。因為上述特徵而使生物梯度塗層具有以下優點:
(1)減少及優化應力分布，改善材料的力學相容性，減少植入材料與骨組織彈性模量不匹配造成的應力集中，並保持複合後材料的整體力學性能，且能最大限度地發揮複合材料各自的優異特性；
(2)在成分中引入連續逐級的梯度來提高不同基體(如金屬與陶瓷等)之間的界面結合強度，避免植入材料使用過程中塗層脫落；
(3)可以通過控制梯度層的幾何形狀和成分分布來控制熱應力的大小，使層間的熱應力緩和，抑制界面的應力集中；
(4)通過對複合生物材料界面的力學性能梯度進行調整來降低裂紋沿著或穿過界面擴展的驅動力；(5)通過多材料生物學活性梯度的調整，使梯度塗層在保持其他性能的同時，增加其表面生物學活性。
[0011]在鈦表面製備出La-HA/Ti02複合塗層，有效降低純HA塗層溶解性過大以及原來HA與金屬界面存在的不穩定問題，增強了塗層的化學穩定性和結合力；採用新的塗層設計，由金屬基底、HA/金屬氧化物複合層、HA、HA/生物活性大分子物質逐步過渡，從內到外生物活性、溶解度增加的梯度，以及從外到內化學穩定性、結合強度增加的梯度。
[0012]La-HA/Ti02複合塗層和磷灰石/膠原塗層中含有的稀土 La在抑制根面齲的無機、有機、細菌代謝以及細胞毒性方面均優於其他材料，可以與牙釉質中的鈣發生置換反應生成更耐酸的牙釉質，使牙齒外環境中的鈣飽和度上升而阻止牙齒脫礦，並可促進脫礦釉質再礦化，從而提高牙齒的防齲能力；將1^摻入HA中，取代部分Ca的位置，HA能提高硬組織抵禦酸的能力，含La磷灰石具有更高的熱穩定性以及更低的溶解度；La還可以促進成骨細胞增殖，增強體外培養的成骨細胞的鹼性磷酸酶活性與礦化結節形成能力，促進成骨作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的生物梯度塗層的結構圖。
【具體實施方式】
[0014]以下結合附圖對本發明的具體實施例做詳細說明。
[0015]如圖1所示，為本發明牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法的一種具體實施例。該實施例包括牙種植體，對牙種植體進行以下步驟的操作:
第一步，將鈦片用SiC金相砂紙打磨、清洗、乾燥後設置在牙種植體表面形成鈦基底
層；
第二步，在鈦基底層表面製備La-HA/Ti02複合塗層，生成梯度TiO2Zla-HA= (100-χ) /X，其中χ=20-80，χ間隔20，即X的取值優選為20、40、60、80，實現塗層熱膨脹係數和彈性模量的梯度過渡；
第三步，在La-HA/Ti02複合塗層表面製備HA塗層；
第四步，將牙種植體置於含有La的磷灰石/膠原溶液中，在表面形成磷灰石/膠原塗層。
[0016]溶膠凝膠法是將塗層物質或其前驅體製成溶膠，使之均勻覆蓋於基板的表面，由於溶劑的迅速揮發以及後續的縮聚反應而凝膠化，再經乾燥和熱處理，以獲得所需的塗層。與傳統無機材料製備法相比，溶膠凝膠法主要是有以下幾個優點:一、體系中的組分分布均勻，可以達到納米級甚至 分子級水平；二、雖然溶膠凝膠法的產物可以是無定形，也可以是結晶態，但由於反應在原子、分子水平上進行，因此可在最大程度上提高其化學各向同性；三、材料製備過程易於控制，產物純度高；四、可以在形態複雜的種植體表面形成均勻的塗層。
[0017]作為一種改進的【具體實施方式】，La-HA/Ti02複合塗層和HA塗層的製備通過溶膠凝膠法實現，所述第二步中La-HA/Ti02複合塗層採用第一溶膠凝膠法製備，第一溶膠凝膠法製備包括以下步驟:[1]La-HA溶膠的配製:採用Ca(NO3)2.4H20和P2O5作為前驅體，將含有P的無水乙醇溶液均勻滴加到含Ca的無水乙醇溶液中，保持溶液中Ca/P=5/3，並繼續加入含有La的無水乙醇溶液，La/(Ca+La)的配比可為1/10、1/5、3/10，磁力攪拌後陳化形成溶膠；
[2]Na2Ti6O13溶膠的配製:將鈦酸丁酷(TiPT)溶於無水乙醇形成TiPT溶液，在TiPT溶液中加入 HN03、H20、NaNO3, TiPT =HNO3:H20 =NaNO3= 3:1.5:12:1，加入 NaNO3 時速度不可過快，邊加邊攪拌，同時超聲振蕩，使混和溶液始終保持清亮透明，在室溫下恆溫用磁力攪拌器攪拌1.5小時製備出Na2Ti6O13溶膠；
[3]La-HA/Ti02溶膠的配製:通過在La-HA溶膠中添加Na2Ti6O13溶膠，制出La_HA/Ti02溶膠； [4]製備1^-撤/1102複合塗層:1]將牙種植體浸入到La-HA/Ti02溶膠中，然後以50mm/min的速度提升使形成的La_HA/Ti02複合塗層在牙種植體表面均勻分布，2]將牙種植體放置在烘箱中乾燥；3]把牙種植體放入燒結爐中熱處理。
[0018]作為一種改進的【具體實施方式】，第三步中HA塗層採用第二溶膠凝膠法製備，第二溶膠凝膠法包括以下步驟:
(1)HA溶膠的配製:採用Ca(NO3)2.4Η20和P2O5作為前驅體，將含有P的無水乙醇溶液均勻滴加到含Ca的無水乙醇溶液中，保持溶液中Ca/P=5/3，磁力攪拌後陳化形成溶膠；
(2)製備HA塗層:I)將牙種植體浸入到HA溶膠中，然後以均勻的速度提升使形成的HA塗層在牙種植體表面均勻分布，2)將牙種植體放置在烘箱中乾燥；3)把牙種植體放入燒結爐中熱處理。
[0019]作為一種改進的【具體實施方式】，磷灰石/膠原塗層採用仿生法沉積在牙種植體表面。磷灰石/膠原塗層比單純HA塗層有更強的骨傳導性和骨誘導性，將之作為一種表面塗層，可使植入材料初期生物活性增強，使骨質迅速在材料表面形成。大多數種植體表面鈣磷塗層技術需要在高溫或者非生理條件下完成，不能在塗層中摻入具有生物活性的有機大分子物質。而仿生法在是在常溫生理條件下製備塗層，即模仿人體內磷灰石的生理礦化機制，使磷灰石和膠原在類似於人體環境條件的仿生體液中自然共沉積形成。
[0020]最內層La-HA/Ti02複合塗層在鈦基底層和HA塗層之間形成緻密層封閉金屬表面，消除明顯的金屬/非金屬界面；La-HA本身具有比HA更強的穩定性，溶解度低，可保證塗層的長期穩定性；金屬氧化物TiO2的加入能緩解陶瓷塗層和金屬基底之間熱膨脹係數和彈性模量的差異，降低殘餘熱應力，從而提高二者間的結合強度；中間層採用純HA塗層，提高塗層的生物活性，並與內、外塗層形成化學組成梯度；表面形成多孔結構磷灰石/膠原塗層，與天然骨磷灰石結構更加相近，有相對較大的溶解性，植入早期即可以釋放出較多的Ca、P，促進成骨細胞增殖分化，加快新骨形成速度，增加早期骨結合率。梯度塗層有利於緩和塗層和基底金屬之間化學和物理性質的差異，達到了種植體表面到骨組織的平緩過渡。當最外層磷灰石/膠原塗層溶解，中間層HA塗層仍然具有良好的生物活性以及遠期穩定性，可以繼續行使功能。
【權利要求】
1.一種牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法，其特徵是包括牙種植體，對牙種植體進行以下步驟的操作: 第一步，將鈦片用SiC金相砂紙打磨、清洗、乾燥後設置在牙種植體表面形成鈦基底層； 第二步，在鈦基底層表面製備La-HA/Ti02複合塗層，生成梯度TiO2Zla-HA= (100-χ) /X，其中χ=20-80，實現塗層熱膨脹係數和彈性模量的梯度過渡； 第三步，在La-HA/Ti02複合塗層表面製備HA塗層； 第四步，將牙種植體置於含有La的磷灰石/膠原溶液中，在表面形成磷灰石/膠原塗層。
2.根據權利要求1所述的一種牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法，其特徵是所述La-HA/Ti02複合塗層和HA塗層的製備通過溶膠凝膠法實現，所述第二步中La_HA/Ti02複合塗層採用第一溶膠凝膠法製備，第一溶膠凝膠法製備包括以下步驟: [1]La-HA溶膠的配製:採用Ca(NO3)2.4H20和P2O5作為前驅體，將含有P的無水乙醇溶液均勻滴加到含Ca的無水乙醇溶液中，保持溶液中Ca/P=5/3，並繼續加入含有La的無水乙醇溶液，無水乙醇溶液中La和(Ca+La)的比例達到La/(Ca+La) = 1/5，磁力攪拌後陳化形成溶膠； [2]Na2Ti6O13溶膠的配製:將鈦酸丁酷(TiPT)溶於無水乙醇形成TiPT溶液，在TiPT溶液中加入 HN03、H20、NaNO3, TiPT:HNO3:H2O =NaNO3= 3:1.5:12:1，在室溫下恆溫用磁力攪拌器攪拌製備出Na2Ti6O13溶膠； [3]La-HA/Ti02溶膠的配製:通過在La-HA溶膠中添加Na2Ti6O13溶膠，制出La_HA/Ti02溶膠； [4]製備1^-撤/1102複合塗層:1]將牙種植體浸入到La-HA/Ti02溶膠中，然後以50mm/min的速度提升使形成的La_HA/Ti02複合塗層在牙種植體表面均勻分布，2]將牙種植體放置在烘箱中乾燥；3]把牙種植體放入燒結爐中熱處理。
3.根據權利要求2所述的一種牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法，其特徵是所述第三步中HA塗層採用第二溶膠凝膠法製備，第二溶膠凝膠法包括以下步驟: (1)HA溶膠的配製:採用Ca(NO3)2.4Η20和P2O5作為前驅體，將含有P的無水乙醇溶液均勻滴加到含Ca的無水乙醇溶液中，保持溶液中Ca/P=5/3，磁力攪拌後陳化形成溶膠； (2)製備HA塗層:I)將牙種植體浸入到HA溶膠中，然後以均勻的速度提升使形成的HA塗層在牙種植體表面均勻分布，2)將牙種植體放置在烘箱中乾燥；3)把牙種植體放入燒結爐中熱處理。
4.根據權利要求3所述的一種牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法，其特徵是所述磷灰石/膠原塗層採用仿生法沉積在牙種植體表面。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的一種牙種植體表面生物梯度塗層的製備方法，其特徵是所述第二步步驟中，生成梯度Ti02/La-HA= (100-χ) / χ，其中χ=20、40、60、80。
【文檔編號】A61L27/32GK103598919SQ201310569188
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】劉勁松, 徐麗華, 董伊雯, 金逸凡, 樓維維 申請人:溫州醫科大學附屬口腔醫院