一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，對(duì)鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進(jìn)行微弧氧化處理，生成一層含鈣磷的具有生物活性的多孔復(fù)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(jìn)行表面刻蝕處理；將微弧氧化和表面刻蝕處理后的牙種植體放入含鹽酸米諾環(huán)素、骨形成蛋白的復(fù)合模擬體液中浸漬，使種植體表面孔內(nèi)同時(shí)裝載有消炎藥鹽酸米諾環(huán)素和骨形成蛋白。本發(fā)明種植體表面陶瓷膜與鈦或鈦合金基體的結(jié)合強(qiáng)度由一般涂層的10～20MPa提高到20～30MPa；骨界面成熟期由目前鈦種植牙的3～6個(gè)月縮短到3個(gè)月以內(nèi)；生物學(xué)性能符合ISO、中國(guó)藥典及美國(guó)藥典的有關(guān)規(guī)定。
【專利說(shuō)明】一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種牙種植體的制備技術(shù)，屬于生物醫(yī)用復(fù)合材料制備技術(shù)。
【背景技術(shù)】 [0002]鈦及鈦合金是目前應(yīng)用歷史最久、應(yīng)用范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(wú)生物活性，在植入早期難以與骨直接形成化學(xué)結(jié)合，且治愈時(shí)間較長(zhǎng)。為了提高其生物活性，目前大多采用等離子噴涂、離子濺射、電泳、微波燒結(jié)等技術(shù)，在其表面制備羥基磷灰石和生物活性玻璃涂層，或用化學(xué)活化處理方法制備二氧化鈦或鈦酸鈉凝膠生物活性薄膜，但這些涂層或薄膜均與鈦及鈦合金基體存在明顯的界面，結(jié)合強(qiáng)度低，應(yīng)用中存在長(zhǎng)期穩(wěn)定效果差、涂層與基體金屬結(jié)合強(qiáng)度退化甚至脫落等問(wèn)題。近年來(lái)，有人采用微弧氧化技術(shù)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(wú)界面、具有高的結(jié)合強(qiáng)度，但無(wú)生物活性。于是又有人通過(guò)水熱處理強(qiáng)制析出羥基磷灰石層，但結(jié)合強(qiáng)度下降達(dá)40%。目前涉及微弧氧化的生物活性改性技術(shù)是“微弧氧化+后續(xù)水熱處理”兩步法，所獲得生物活性表層的結(jié)構(gòu)特征為“氧化鈦層+羥基磷灰石層”雙層結(jié)構(gòu)，其中的氧化鈦層并無(wú)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征。另外，目前人們多集中于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(bào)道較少。
[0003]專利CN101138652A公開(kāi)了一種一種高生物活性表面多孔種植體復(fù)合材料制備方法，采用微弧氧化處理設(shè)備，在含鈣磷的電解液中對(duì)鈦或鈦合金進(jìn)行微弧氧化處理，其工藝參數(shù)是:電解液中鈣和磷的質(zhì)量比CA/P=3~7，微弧氧化處理時(shí)間T=5~20ΜΙΝ，電極電壓U=400~500V，電極頻率F=400~800HZ。微弧氧化處理后在鈦或鈦合金表面自生成一層多孔復(fù)合陶瓷膜，將經(jīng)過(guò)微弧氧化處理后的鈦或鈦合金放入含有骨形成蛋白BMP的SBF或FCS或HANKS的復(fù)合模擬體液中進(jìn)行仿生處理，使其表面共生出高生物活性的復(fù)合膜。該專利只運(yùn)用了單一的微弧氧化法，而本發(fā)明在種植體與軟組織接觸處運(yùn)用了刻蝕法，與骨組織接觸處運(yùn)用了微弧氧化法；且本發(fā)明在將上述兩種方法處理后的牙種植體放入含鹽酸米諾環(huán)素、骨形成蛋白的復(fù)合模擬體液中浸潰，使種植體表面同時(shí)裝載有消炎藥鹽酸米諾環(huán)素和成骨生長(zhǎng)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、高效的復(fù)合材料牙種植體的制備新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有研究存在的不足，提供一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0006]一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，包括步驟如下:
[0007](I)對(duì)鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進(jìn)行微弧氧化處理，在鈣和磷的質(zhì)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復(fù)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(jìn)行表面刻蝕處理；
[0009](3)將微弧氧化和表面刻蝕處理后的牙種植體放入含鹽酸米諾環(huán)素、骨形成蛋白的復(fù)合模擬體液中浸潰，使種植體表面孔內(nèi)同時(shí)裝載有消炎藥鹽酸米諾環(huán)素和骨形成蛋白。
[0010]上述制備方法中所述的微弧氧化處理工藝參數(shù)為微弧氧化處理時(shí)間T=5~20min，電極電壓U=400~500V，電極頻率f=400~800Hz。優(yōu)化:電解液中質(zhì)量比Ca/P=5，微弧氧化時(shí)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(zhì)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(shí)間為3_12min。
[0013]步驟(3)所述的浸潰時(shí)間為3-10天，浸潰溫度為36_37°C。
[0014]所述的復(fù)合模擬體液為鹽酸米諾環(huán)素和骨形成蛋白溶于FCS、SBF或Hanks，鹽酸米諾環(huán)素濃度為8mg/L,骨形成蛋白BMP4mol/L。
[0015]微弧氧化處理后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復(fù)合陶瓷膜，膜組成為:銳鈦礦相TiO2 +金紅石相TiO2 + CaTiO3 + P043_基團(tuán)。膜層中的Ti，Ca，P呈梯度分布，由表及里Ti含量逐漸增多，Ca和P含量逐漸減少，O呈均勻分布。含鈣磷的多孔復(fù)合陶瓷膜的形成和膜層中成分的梯度分布，不僅有利于膜層與基體界面結(jié)合強(qiáng)度的提高，而且賦予多孔復(fù)合陶瓷膜以生物活性，有利于種植體表面骨誘導(dǎo)和骨引導(dǎo)作用的充分發(fā)揮?？涛g處理后形成凹凸不平的粗糙表面，顯著增大表面積和改變微細(xì)構(gòu)造，促進(jìn)軟組織細(xì)胞附著生長(zhǎng)和結(jié)合力的提高。浸潰處理使種植體表面孔內(nèi)同時(shí)裝載有消炎藥鹽酸米諾環(huán)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(jìn)一步增強(qiáng)了牙種植體表面的生物活性，有`利于大幅縮短種植愈合期。
[0016]本發(fā)明同時(shí)利用“表面改性”和“表面改形”技術(shù)，制備軟硬組織適合型復(fù)合材料牙種植體，系統(tǒng)解決目前涂層種植體研究領(lǐng)域普遍存在的涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度低、種植體與軟硬組織結(jié)合不牢固、涂層與軟硬組織的結(jié)合不匹配、種植愈合時(shí)間長(zhǎng)、長(zhǎng)期穩(wěn)定效果差等系列難題。研制出同時(shí)具有“生物相容性好，生物活性更高，組織結(jié)合牢固，種植愈合期短，長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠”等特點(diǎn)的組織適合型復(fù)合材料牙種植體。
[0017]本發(fā)明的主要技術(shù)指標(biāo)是種植體表面陶瓷膜與鈦或鈦合金基體的結(jié)合強(qiáng)度由一般涂層的10~20MPa提高到20~30MPa ;骨界面成熟期由目前鈦種植牙的3~6個(gè)月縮短到3個(gè)月以內(nèi)；生物學(xué)性能符合ISO、中國(guó)藥典及美國(guó)藥典的有關(guān)規(guī)定。本發(fā)明技術(shù)主要用于人工牙種植體以及人體承力的骨、關(guān)節(jié)等硬組織修復(fù)和替換材料種植體的制備。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)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后的表面形貌，(a)6min (b) 12min ；
[0021]圖4無(wú)鈣磷和含鈣磷膜層樣品在快速鈣化溶液FCS中浸泡4d后的表面形貌；(a)無(wú)鈣磷(b)含鈣磷；[0022]圖5為牙種植體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]其中，1.牙冠，2.基臺(tái)，3.與軟組織接觸部分，4.與骨組織接觸部分。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]實(shí)施例1 [0026]一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，包括步驟如下:
[0027](I)對(duì)鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進(jìn)行微弧氧化處理，在鈣和磷的質(zhì)量比Ca/P=5的含鈣磷的電解液中微弧氧化，微弧氧化時(shí)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復(fù)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(jìn)行表面刻蝕處理，質(zhì)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(shí)間為5min。
[0029](3)將微弧氧化和表面刻蝕處理后的牙種植體放入含鹽酸米諾環(huán)素、骨形成蛋白的復(fù)合模擬體液中浸潰，使種植體表面孔內(nèi)同時(shí)裝載有消炎藥鹽酸米諾環(huán)素和骨形成蛋白，復(fù)合模擬體液為鹽酸米諾環(huán)素和骨形成蛋白溶于FCS、SBF或Hanks，鹽酸米諾環(huán)素濃度為8mg/L，骨形成蛋白BMP4mol/L，浸潰時(shí)間為5天，浸潰溫度為37°C。
[0030]對(duì)與骨組織接觸部分的純鈦種植體表面，用優(yōu)化后的微弧氧化工藝處理后形成的含鈣磷的多孔陶瓷膜的表面凹凸不平，并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(xiàn)象，類似于火山噴發(fā)后形成的火山口的特征，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(tuán)，膜厚度為23.2μπι ;膜層中的Ti，Ca，P呈梯度分布，由表及里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，不僅有利于膜層與基體界面結(jié)合強(qiáng)度的提高，而且有利于減少微弧氧化處理對(duì)鈦基體力學(xué)性能的不良影響，反映表面氧化膜與基體結(jié)合能力的臨界負(fù)荷值為29.5N。
[0031]對(duì)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(jìn)行表面刻蝕處理后，形成了凹凸不平的粗糙表面，并改善了表面微細(xì)結(jié)構(gòu)，有利于促進(jìn)軟組織細(xì)胞附著生長(zhǎng)和結(jié)合力的提聞，如圖3所不。
[0032]將無(wú)鈣磷(a)和含鈣磷(b)膜層樣品在模擬體液FCS中浸泡4d后的表面形貌如圖4所示。從中看出，在FCS溶液中浸泡4d后，無(wú)鈣磷膜層的表面形貌與微弧氧化處理后相比無(wú)明顯變化(見(jiàn)圖4a)，而含鈣磷膜層的表面形成了團(tuán)絮狀和薄片狀物質(zhì)，且薄片狀物質(zhì)呈一定的晶體取向(見(jiàn)圖4b)。X射線衍射分析表明，無(wú)鈣磷膜層由銳鈦礦相TiO2和金紅石相TiO2構(gòu)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(xiàn)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(dǎo)和引導(dǎo)生長(zhǎng)。
[0033]實(shí)施例2
[0034]一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，包括步驟如下:
[0035](I)對(duì)鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進(jìn)行微弧氧化處理，在鈣和磷的質(zhì)量比Ca/P=3的含鈣磷的電解液中微弧氧化，微弧氧化時(shí)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復(fù)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(jìn)行表面刻蝕處理，質(zhì)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(shí)間為8min。
[0037](3)將微弧氧化和表面刻蝕處理后的牙種植體放入含鹽酸米諾環(huán)素、骨形成蛋白的復(fù)合模擬體液中浸潰，使種植體表面孔內(nèi)同時(shí)裝載有消炎藥鹽酸米諾環(huán)素和骨形成蛋白，復(fù)合模擬體液為鹽酸米諾環(huán)素和骨形成蛋白溶于FCS、SBF或Hanks，鹽酸米諾環(huán)素濃度為8mg/L，骨形成蛋白BMP4mol/L，浸潰時(shí)間為5天，浸潰溫度為36°C。
[0038]實(shí)施例3
[0039]一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，包括步驟如下:
[0040](I)對(duì)鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進(jìn)行微弧氧化處理，在鈣和磷的質(zhì)量比Ca/P=6的含鈣磷的電解液中微弧氧化，微弧氧化時(shí)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復(fù)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(jìn)行表面刻蝕處理，質(zhì)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(shí)間為IOmin。
[0042](3)將微弧氧化和表面刻蝕處`理后的牙種植體放入含鹽酸米諾環(huán)素、骨形成蛋白的復(fù)合模擬體液中浸潰，使種植體表面孔內(nèi)同時(shí)裝載有消炎藥鹽酸米諾環(huán)素和骨形成蛋白，復(fù)合模擬體液為鹽酸米諾環(huán)素和骨形成蛋白溶于FCS、SBF或Hanks，鹽酸米諾環(huán)素濃度為8mg/L，骨形成蛋白BMP4mol/L，浸潰時(shí)間為5天，浸潰溫度為37°C。
【權(quán)利要求】
1.一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，其特征是，包括步驟如下: (1)對(duì)鈦或鈦合金種植體與骨組織接觸的表面部分進(jìn)行微弧氧化處理，在鈣和磷的質(zhì)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復(fù)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(jìn)行表面刻蝕處理； (3)將微弧氧化和表面刻蝕處理后的牙種植體放入含鹽酸米諾環(huán)素、骨形成蛋白的復(fù)合模擬體液中浸潰，使種植體表面孔內(nèi)同時(shí)裝載有消炎藥鹽酸米諾環(huán)素和骨形成蛋白。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，其特征是，所述的微弧氧化處理工藝參數(shù)為微弧氧化處理時(shí)間T=5~20min，電極電壓U=400~500V，電極頻率f=400~800Hz。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，其特征是，電解液中質(zhì)量比Ca/P=5，微弧氧化時(shí)間T=15min，電極電壓U=450V，電極頻率f=600Hz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，其特征是，所述的混合酸蝕劑中47%的HF與38%的HCl體積比=50:50。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，其特征是，所述的表面刻蝕處理溫度為55°C，刻蝕處理時(shí)間為3-12min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，其特征是，步驟(3)所述的浸潰時(shí)間為3-10天，浸潰溫度為36-37°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組織適合型復(fù)合材料牙種植體的制備方法，其特征是，所述的復(fù)合模擬體液為鹽酸米諾環(huán)素和骨形成蛋白溶于FCS、SBF或Hanks，鹽酸米諾環(huán)素濃度為8mg/L，骨形成蛋白BMP4mol/L。
【文檔編號(hào)】A61L27/54GK103611188SQ201310624248
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】朱瑞富, 王志剛, 王宏元, 呂宇鵬, 王曉亭 申請(qǐng)人:山東大學(xué)