用氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白的人工牙根的製作方法

2023-05-23 09:57:41 2

專利名稱：用氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白的人工牙根的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白的人工牙根，特別是涉及一 種表面具有經紫外光照射的二氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白(BMP)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。 骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)是一類多功能生長因子，能 夠在體內誘導骨和軟骨形成，並在肢體生長、軟骨內骨化、骨折早期、軟骨修復時表達，對骨 骼的胚胎發育和再生修復起重要作用。骨形態發生蛋白免疫原性低， 一般不引起免疫排斥 反應，只有輕微的剌激性，這為牙根軟骨修復提供了一個良好前景。但BMP擴散能力強，BMP 單獨植入很快被組織液衝洗掉和被組織酶類降解，難以在靶細胞周圍維持濃度而不能充分 發揮作用。用載體將BMP緩釋於目標位置，是一條方便而有效的用藥途徑。理想的BMP載 體材料應具有下列特點(l)能承載BMP並保持其活性；(2)具有良好的生物相同性，能保 持釋放的孔隙率，以利於成骨細胞爬行；(3)無細胞毒性，無免疫原性，有生物可降解性，與 BMP複合簡便；(4)載體材料易於獲取、消毒和儲備。 二氧化鈦納米管具有良好的生物相容性，能促進成骨細胞的粘附、生長和增殖。在 紫外光照射下，納米二氧化鈦表面產生許多活性的羥基基團，有利於改善親水性，進而改善 細胞相容性。於是，引發本發明。

發明內容
本發明的目的在於提出一種製備用氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白的人工牙 根的方法，通過兩步陽極氧化法在金屬基體表面構築納米管狀結構，在紫外光照射下改善 納米管狀結構的親水性和細胞相容性，最後通過離心負載技術在納米管層內負載骨形態發 生蛋白。製備出的二氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白層與基體結合強度好，製備工藝簡 單，可操作性強。 本發明通過以下技術方案加以實現 在這種人工牙根材料金屬基體表面有一層經紫外光照射的具有管狀結構的二氧 化鈦納米管陣列層，其層內進一步負載有骨形態發生蛋白(BMP)。
具體製備的步驟如下 1)首先選用純鈦或鈦合金加工好人工牙根；
2)人工牙根表面預處理表面磨光後，依次用丙酮、去離子水和無水乙醇超聲洗 滌10-120分鐘，隨後用HF和HN03及水的混合溶液(體積比為1:4:5)化學拋光20-120 秒，再經去離子水徹底衝洗後，吹乾待用； 3)兩步陽極氧化製備二氧化鈦納米管將表面預處理過的人工牙根作為陽極，石 墨或鉑為陰極，在含水有機電解質溶液中進行第一次陽極氧化，具體陽極氧化參數為電壓 為20-240V，時間為12-200小時，兩極距離為3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽極氧化 後，取出，在體積百分比為5-30vol^的鹽酸溶液中超聲清洗0. 5-3小時，取出吹乾後，將人 工牙根在前述第一次陽極氧化參數條件下再進行第二次陽極氧化，然後取出，用無水乙醇 超聲清洗10-30分鐘，再在體積百分比為5-30vol^的鹽酸溶液中浸泡0. 5-3小時後取出， 用無水乙醇和去離子水交替清洗6-10遍後，再在60-10(TC下乾燥樣品，在人工牙根表面獲 得二氧化鈦納米管陣列層； 4)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中 用紫外光照射，改善親水與細胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射時間不少於10小 時； 5)最後採用離心負載技術在經紫外光照射過的二氧化鈦納米管陣列層內負載骨
形態發生蛋白，將表面覆蓋有經紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置於離心
容器底部，再倒入骨形態發生蛋白和磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，液面淹過人工牙根
至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態發生蛋白濃度為0. l-50mg L—、室溫下離心
(1500-80000Rpm)浸泡0. 5_10小時。取出，即可得本發明生物活性人工牙根。 本發明所述的含水有機電解質溶液採用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水
0-10vol% (體積百分比)、磷酸2-10volX (體積百分比)、氟化銨0. l-0.9wt% (質量百
分比)。 本發明方法製備的二氧化鈦納米管定向規則排列，二氧化鈦納米管在垂直於基體 方向產生，管徑達50-800nm，管長為1-150 iim，比表面積大。 本發明製備的用氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白的人工牙根具有以下優點和 有益效果 ①二氧化鈦納米管本身具有良好的生物相容性，將二氧化鈦納米管陣列用紫外光 進行照射，在其表面將產生許多活性的羥基基團，有利於改善親水性，進而改善細胞相容 性。 ②與普通的二氧化鈦層相比，二氧化鈦納米管陣列呈定向多孔狀，比表面積較高， 有利於骨形態發生蛋白的負載以及對骨形態發生蛋白的控釋。 ③陽極氧化形成的二氧化鈦納米管陣列層是基體原位生成的，與基體的結合力很 好。骨形態發生蛋白有很好的誘導成骨效應，可在短時間與骨組織形成牢固的生理結合。因 此，有望增加人工牙根穩定性。


圖1是本發明具體製備過程圖。 圖2是本發明人工牙根表面具 管狀結構的二氧化鈦納米管陣列層形態的掃描 電鏡(SEM)照片。
具體實施方式

實施例1 (1)首先選用純鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面預處理表面磨光後，依次用丙酮、去離子水和無水乙醇超聲洗 滌10-30分鐘，隨後用HF和HN03及水的混合溶液(體積比為1:4:5)化學拋光20-40 秒，再經去離子水徹底衝洗後，電吹風吹乾待用； (3)配製含水有機電解質溶液採用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水2volX (體積百分比)、磷酸4volX (體積百分比)、氟化銨0.3wt^ (質量百分比)；
(4)兩步陽極氧化製備二氧化鈦納米管將表面預處理過的人工牙根作為陽極， 石墨或鉑片為陰極，在含水有機電解質溶液中進行第一次陽極氧化，具體陽極氧化參數為 電壓為60V，陽極氧化時間為18小時，兩極距離為3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽極氧 化後，取出，在體積百分比為10vol^的鹽酸溶液中超聲清洗0. 5-3小時，取出吹乾後，將人 工牙根在前述第一次陽極氧化參數條件下再進行第二次陽極氧化，然後取出，用無水乙醇 超聲清洗10-30分鐘，再在體積百分比為10vol^的鹽酸溶液中浸泡0. 5-3小時後取出，用 無水乙醇和去離子水交替清洗6-10遍後，再在60-10(TC下乾燥樣品，在人工牙根表面獲得 二氧化鈦納米管陣列層； (5)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中 用紫外光照射，改善親水與細胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射15小時；
(6)最後採用離心負載技術在經紫外光照射過的二氧化鈦納米管陣列層內負載骨 形態發生蛋白，將表面覆蓋有經紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置於離心 容器底部，再倒入骨形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，液面淹 過人工牙根至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態發生蛋白濃度為0. l-50mg L一1， 室溫下離心(5000Rpm)浸泡0. 5-10小時，取出，即可得本發明人工牙根。
實施例2 (1)首先選用鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面預處理表面磨光後，依次用丙酮、去離子水和無水乙醇超聲洗 滌30-60分鐘，隨後用HF和HN03及水的混合溶液(體積比為1 : 4 : 5)化學拋光40-60 秒，再經去離子水徹底衝洗後，電吹風吹乾待用； (3)配製含水有機電解質溶液採用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水2volX (體積百分比)、磷酸4volX (體積百分比)、氟化銨0.5wt^ (質量百分比)；
(4)兩步陽極氧化製備二氧化鈦納米管將表面預處理過的人工牙根作為陽極， 石墨為陰極，在含水有機電解質溶液中進行第一次陽極氧化，具體陽極氧化參數為電壓為 80V，時間為18小時，兩極距離為3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽極氧化後，取出，在體 積百分比為10vol^的鹽酸溶液中超聲清洗0. 5-3小時，取出吹乾後，將人工牙根在前述第 一次陽極氧化參數條件下再進行第二次陽極氧化，然後取出，用無水乙醇超聲清洗10-30 分鐘，再在體積百分比為10vol^的鹽酸溶液中浸泡0. 5-3小時後取出，用無水乙醇和去離 子水交替清洗6-10遍後，再在60-10(TC下乾燥樣品，在人工牙根表面獲得二氧化鈦納米管 陣列層，其SEM照片見圖2;
(5)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中 用紫外光照射，改善親水與細胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射30小時；
(6)最後採用離心負載技術在經紫外光照射過的二氧化鈦納米管陣列層內負載骨 形態發生蛋白，將表面覆蓋有經紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置於離心 容器底部，再倒入骨形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，液面淹 過人工牙根至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態發生蛋白濃度為0. l-50mg L一1， 室溫下離心(2000Rpm)浸泡0. 5-10小時，取出，即可得本發明人工牙根。
實施例3 (1)首先選用純鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面預處理表面磨光後，依次用丙酮、去離子水和無水乙醇超聲洗 滌60-90分鐘，隨後用HF和HN03及水的混合溶液(體積比為1 : 4 : 5)化學拋光60-80 秒，再經去離子水徹底衝洗後，電吹風吹乾待用； (3)配製含水有機電解質溶液採用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水4volX (體積百分比)、磷酸6volX (體積百分比)、氟化銨0.5wt^ (質量百分比)；
(4)兩步陽極氧化製備二氧化鈦納米管將表面預處理過的人工牙根作為陽極， 石墨或鉑片為陰極，在含水有機電解質溶液中進行第一次陽極氧化，具體陽極氧化參數為 電壓為40V，時間為24小時，兩極距離為3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽極氧化後，取 出，在體積百分比為20vol %的鹽酸溶液中超聲清洗0. 5-3小時，取出吹乾後，將人工牙根 在前述第一次陽極氧化參數條件下再進行第二次陽極氧化，然後取出，用無水乙醇超聲清 洗10-30分鐘，再在體積百分比為20vol^的鹽酸溶液中浸泡0. 5-3小時後取出，用無水乙 醇和去離子水交替清洗6-10遍後，再在60-10(TC下乾燥樣品，在人工牙根表面獲得二氧化 鈦納米管陣列層； (5)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中 用紫外光照射，改善親水與細胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射時間不少於10小 時； (6)最後採用離心負載技術在經紫外光照射過的二氧化鈦納米管陣列層內負載骨 形態發生蛋白，將表面覆蓋有經紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置於離心 容器底部，再倒入骨形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，液面淹 過人工牙根至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態發生蛋白濃度為0. l-50mg L一1， 室溫下離心(10000Rpm)浸泡0. 5-10小時，取出，即可得本發明人工牙根。
實施例4 (D首先選用純鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面預處理表面磨光後，依次用丙酮、去離子水和無水乙醇超聲洗 滌90-120分鐘，隨後用HF和麗03及水的混合溶液(體積比為1 : 4 : 5)化學拋光80-120 秒，再經去離子水徹底衝洗後，電吹風吹乾待用； (3)配製含水有機電解質溶液採用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水2volX (體積百分比)、磷酸5volX (體積百分比)、氟化銨0.5wt^ (質量百分比)；
(4)兩步陽極氧化製備二氧化鈦納米管將表面預處理過的人工牙根作為陽極， 石墨或鉑片為陰極，在含水有機電解質溶液中進行第一次陽極氧化，具體陽極氧化參數為
6電壓為80V，時間為12小時，兩極距離為3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽極氧化後，取 出，在體積百分比為20vol %的鹽酸溶液中超聲清洗0. 5-3小時，取出吹乾後，將人工牙根 在前述第一次陽極氧化參數條件下再進行第二次陽極氧化，然後取出，用無水乙醇超聲清 洗10-30分鐘，再在體積百分比為20vol^的鹽酸溶液中浸泡0. 5-3小時後取出，用無水乙 醇和去離子水交替清洗6-10遍後，再在60-10(TC下乾燥樣品，在人工牙根表面獲得二氧化 鈦納米管陣列層； (5)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中 用紫外光照射，改善親水與細胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射時間不少於10小 時； (6)最後採用離心負載技術在經紫外光照射過的二氧化鈦納米管陣列層內負載骨 形態發生蛋白，將表面覆蓋有經紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置於離心 容器底部，再倒入骨形態發生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，液面淹 過人工牙根至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態發生蛋白濃度為0. l-50mg L一1， 室溫下離心(1500-80000Rpm)浸泡0. 5_10小時，取出，即可得本發明人工牙根。
權利要求
一種用氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白的人工牙根，其特徵在於所述的用氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白的人工牙根選用純鈦或鈦合金加工，然後採用兩步陽極氧化技術在純鈦或鈦合金人工牙根表面獲得具有管狀結構的二氧化鈦納米管陣列層，再將二氧化鈦納米管陣列層進行紫外光照射，最後採用離心負載技術在經紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層內負載骨形態發生蛋白，所述及的用氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白的人工牙根的製備方法按如下步驟進行1)首先選用純鈦或鈦合金加工好人工牙根；2)人工牙根表面預處理表面磨光後，依次用丙酮、去離子水和無水乙醇超聲洗滌10-120分鐘，隨後用HF和HNO3及水的混合溶液(體積比為1∶4∶5)化學拋光20-120秒，再經去離子水徹底衝洗後，吹乾待用；3)兩步陽極氧化製備二氧化鈦納米管將表面預處理過的人工牙根作為陽極，石墨或鉑為陰極，在含水有機電解質溶液中進行第一次陽極氧化，具體陽極氧化參數為電壓20-240V，反應時間12-200小時，兩極距離3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽極氧化後，取出，在體積百分比為5-30vol％的鹽酸溶液中超聲清洗0.5-3小時，取出吹乾後，將人工牙根在前述第一次陽極氧化參數條件下再進行第二次陽極氧化，然後取出，用無水乙醇超聲清洗10-30分鐘，再在體積百分比為5-30vol％的鹽酸溶液中浸泡0.5-3小時後取出，用無水乙醇和去離子水交替清洗6-10遍後，再在60-100℃下乾燥樣品，在人工牙根表面獲得二氧化鈦納米管陣列層；4)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中用紫外光照射，改善親水與細胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射時間不少於10小時；5)最後採用離心負載技術在經紫外光照射過的二氧化鈦納米管陣列層內負載骨形態發生蛋白，將表面覆蓋有經紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置於離心容器底部，再倒入骨形態發生蛋白和磷酸緩衝鹽溶液組成的混合溶液，液面淹過人工牙根至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態發生蛋白濃度為0.1-50mg·L-1，室溫下離心(1500-80000Rpm)浸泡0.5-10小時，取出，即可得本發明生物活性人工牙根。
2. 如權利要求1所述的用氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白的人工牙根的製備方法， 其特徵在於含水有機電解質溶液採用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水0-10volX (體積 百分比)、磷酸2-10volX (體積百分比)、氟化銨0. l-0.9wt% (質量百分比)。
全文摘要
本發明涉及一種用氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白的人工牙根及其製備方法，在這種人工牙根金屬基體表面有一層經紫外光照射過的管狀結構的二氧化鈦納米管陣列層，其層內進一步負載有骨形態發生蛋白(BMP)。所述的用氧化鈦納米管負載骨形態發生蛋白的人工牙根製備方法為選用純鈦或鈦合金加工人工牙根，然後採用兩步陽極氧化技術在純鈦或鈦合金人工牙根表面獲得具有管狀結構的二氧化鈦納米管陣列層，再將二氧化鈦納米管陣列層進行紫外光照射，最後採用離心負載技術在經紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層內負載骨形態發生蛋白。
文檔編號A61K6/04GK101766539SQ20091026476
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者儲成林, 盛曉波 申請人:東南大學