CN101744666A - 微量元素硒缓释功能性的人工牙根及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种微量元素硒缓释功能性的人工牙根及其制备方法，这种人工牙根由纯钛或钛合金人工牙根基体以及负载有微量亚硒酸钠和骨形态发生蛋白(BMP)的微孔钛酸钠表面层组成。所述及的具有微孔结构的钛酸钠层生物活性涂层与金属基体表面结合，由钛或者钛合金基体表面与氢氧化钠溶液水热反应生成的钛酸钠微孔结构相互交替堆叠而成，微量亚硒酸钠和BMP通过离心力与毛细管作用复合于微孔结构中。制备的方法为：首先选用纯钛或钛合金加工好人工牙根；然后采用碱液水热合成技术在钛人工牙根表面获得具有微孔结构的钛酸钠层；最后采用离心负载技术在微孔钛酸钠层内负载亚硒酸钠和骨形态发生蛋白。
Description
技术领域
本发明涉及一种微量元素硒缓释功能性的人工牙根及其制备方法，特别是涉及一种由纯钛或钛合金人工牙根基体以及负载有微量元素硒和骨形态发生蛋白的微孔钛酸钠表面层组成的人工牙根及其制备方法，属于人工牙根材料技术领域。
背景技术
人工种植牙可恢复缺失天然恒牙的功能，这就使得用传统方法无法修复的牙缺失患者可得到根本的治疗，提高生活质量。通常使用的人工牙根是金属材料，因其是生物惰性材料，与牙床骨组织之间不能形成牢固的生理结合，在植入后，常常会发生松动，导致人工牙根置换失败。采用表面改性技术在人工牙根金属基体表面制备生物涂层(膜)，可降低人体环境下有害金属离子的溶出，提高其生物相容性和生物活性，使得人工牙根与牙床骨组织之间形成牢固的生理结合。
微量元素硒与人体健康有密切关系，是一种人体不可缺少的微量元素，具有重要的生理功能及广泛的药理作用。它参与机体抗氧化和能量代谢，产生多方面作用：可有助于清除人和动物体内产生的各种亲电子自由基；保护细胞的完整性；保护蛋白质和大分子的结构与功能；能抑制致癌物的活力；加速重金属解毒；刺激免疫球蛋白及抗体的产生，增强机体对疾病的抵抗力以及抗菌消炎等等。特别是其提高免疫力和消炎作用，可在人工牙根植入过程中发挥巨大的作用，有效降低植入体附近人体组织的感染。另外，据美国人调查，在龋齿率较高的新英格兰州个体珐琅质样品的平均含硒量为0.98±0.21mg/kg，而龋齿率较低地区的南卡罗来纳州个体珐琅质样品的平均含硒量为1.37±0.33mg/kg。这说明，珐琅质中含硒量与个体的龋齿流行呈负相关关系。可以预见掺入硒元素的人工牙根材料，不仅会多方面发挥其有益人体生理环境的作用并且能直接对口腔中天然牙齿起到保护作用。
骨形态发生蛋白(BMP)是广泛存在于骨基质中的一种低分子糖蛋白多肽，可以作用于间充质细胞表面受体，诱导血管周围的未分化间充质细胞和骨髓基质细胞转化为软骨和骨细胞，具有诱导骨形成的生物特性。在人工牙根表面负载骨形态发生蛋白(BMP)，可以显著提高植入初期人工牙根表面诱导成骨的能力。但是BMP易被较快吸收、降解，必须要有合适的载体起到提高其释放周期的作用。
人体硬组织的主要无机质是钙磷相，而钛酸钠盐在体液中可以转变为水合二氧化钛，使金属表面原位形成许多Ti-OH基团，从而诱导体液中的钙、磷沉积，形成磷灰石层(Ceramics International，1996，79(24)：1127-1129)。另外由于钛酸钠晶体的特殊结构，使得钠离子有着很强的交换能力，可以与多种阳离子进行置换，从而进行离子缓释，加强钛酸钠结构层的功能性。同时表面微孔的特殊形貌增大了比表面积，使得钛酸钠结构层在负载能力方面得到极大的增强。
制备具有生物活性的钛酸钠结构的常用方法是碱液水热合成技术。中国专利ZL02117866.6“一种制备水合钛酸钠盐以及系列钛酸盐纳米管的工艺方法”公开了一种基于碱液水热合成技术制备钛酸钠纳米结构的方法，即在密闭容器中使用二氧化钛粉体或者偏钛酸粉体与氢氧化钠溶液进行水热反应，最终制得具有管状结构的分散的钛酸钠盐。但该制备方法只能针对制备出分散的钛酸盐结构，并没有涉及金属基体表面的制备。而钛酸钠作为一种极具潜力的生物医用材料，还很少有应用于人工牙根材料技术领域。因此寻找合适的工艺在人工牙根金属基体表面制备具有特殊结构的钛酸钠生物活性涂层，并且增强其功能性和负载能力，将越来越受到人工牙根材料技术领域的重视。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对人工牙根上述不足，提出一种具有微量元素硒缓释功能，并且可以显著提高植入初期人工牙根表面诱导成骨的能力的人工牙根及其制备方法。
技术方案：这种微量元素硒缓释功能性的人工牙根在金属基体表面有一层采用碱液水热合成技术获得的具有微孔结构的钛酸钠生物活性涂层，其表面利用离心负载技术复合有微量元素硒和骨形态发生蛋白(BMP)。具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层与金属基体结合强度高，由于钛酸钠结构交替堆叠生长于基体表面，可抑制金属基体中有毒金属离子的析出，而钛酸钠结构具有很好的生物活性并且能促进磷灰石层的沉积生长，同时微孔结构也是亚硒酸钠和BMP的理想载体，硒元素掺入后可提高机体免疫力、消炎能力并且对周围健康牙齿有益。BMP可通过离心力作用与毛细管效应的双重作用深入渗透到微孔钛酸钠涂层中，使人工牙根表面BMP的携带量大大提高。人工牙根植入人体后，其表面BMP释放周期延长，有利于BMP诱导成骨作用的充分发挥。
本发明通过以下技术方案加以实现：
在这种微量元素硒缓释功能性的人工牙根金属基体表面有一层具有微孔结构的钛酸钠生物活性涂层，微孔涂层上进一步复合有微量亚硒酸钠和骨形态发生蛋白(BMP)。
所述及的微孔结构的钛酸钠生物活性涂层与金属基体表面结合，由钛或者钛合金基体表面与氢氧化钠溶液进行水热反应生成的钛酸钠微孔结构相互交替堆叠而成；所述及亚硒酸钠和BMP由离心负载技术复合于微孔结构涂层中。
其制备的步骤如下：
1)首先选用纯钛或者钛合金加工好人工牙根；
2)把人工牙根进行表面预处理，通过物理打磨抛光以及清洗，然后在水热条件下获得具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层；
3)将具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层的人工牙根置于由微量亚硒酸钠以及骨形态发生蛋白和磷酸缓冲盐溶液组成的混合溶液中，利用离心负载技术进行表面负载后，取出。
4)将上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后无菌保存，备用，即可得本发明微量元素硒缓释功能性的人工牙根。
所述的水热处理采用浓度为5～15mol/L的NaOH水溶液，处理时间为4～200小时，处理温度为60～180摄氏度；所述的离心负载技术，采用浓度为5×10-3～2×10-2mol/L的亚硒酸钠，浓度为0.1～50mg/L的骨形态发生蛋白，工作转速2000～80000rpm，工作时间5～30min，工作温度4～40℃。
有益效果：
(1)硒元素具有多种生物学效应，本发明微量元素硒缓释功能性的人工牙根由纯钛或钛合金人工牙根基体以及负载有微量亚硒酸钠和骨形态发生蛋白的微孔钛酸钠表面层组成。硒元素掺入后可提高机体免疫力、消炎能力并且对周围健康牙齿有益。该人工牙根有很好的生物活性、消炎健齿等有益作用以及诱导成骨效应，可在短期内安全地与骨组织形成牢固的生理结合。
(2)人工牙根表面钛酸钠生物活性涂层与金属基体结合强度高，并具有理想的微孔结构，并可作为“晶核基面”促进磷灰石层的沉积生长；微孔结构是亚硒酸钠和BMP理想的载体，既具有消炎健齿等有益作用又有利于BMP诱导成骨作用的充分发挥。
附图说明：
图1为本发明人工牙根表面具有微孔结构的钛酸钠表面层形态的扫描电镜(SEM)照片；
图2是本发明人工牙根表面具有微孔结构的钛酸钠表面层的X射线衍射(XRD)谱。
具体实施方式
实施例1
(1)首先选用纯钛加工好人工牙根；
(2)人工牙根表面水热处理：将人工牙根打磨抛光，然后用丙酮、70％的酒精、蒸馏水超声清洗，采用浓度为10mol/L的氢氧化钠水溶液进行水热反应，工作温度120摄氏度，处理时间为6小时，在人工牙根表面获得具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层，其SEM照片和XRD谱分别见图1和图2；
(3)微量亚硒酸钠和BMP的离心负载处理：将表面具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层的人工牙根固定于离心筒内，倒入5×10-3mol/L的亚硒酸钠以及0.1～50mg/L的骨形态发生蛋白和0.1mol/L的磷酸缓冲盐溶液组成的混合溶液，并淹过两倍以上高度，以6000rpm的离心速度工作时间5～30min，保持工作温度4～40℃，取出；
(4)将上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后无菌保存，备用，即可得本发明微量元素硒缓释功能性的人工牙根。
实施例2
(1)首先选用Ti6Al4V合金加工好人工牙根；
(2)人工牙根表面水热处理：将人工牙根打磨抛光，然后用丙酮、70％的酒精、蒸馏水超声清洗，采用浓度为10mol/L的氢氧化钠水溶液进行水热反应，工作温度120摄氏度，处理时间为6小时，在人工牙根表面获得具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层；
(3)微量亚硒酸钠和BMP的离心负载处理：将表面具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层的人工牙根固定于离心筒内，倒入5×10-3mol/L的亚硒酸钠以及0.1～50mg/L的骨形态发生蛋白和0.1mol/L的磷酸缓冲盐溶液组成的混合溶液，并淹过两倍以上高度，以8000rpm的离心速度工作时间5～30min，保持工作温度4～40℃，取出；
(4)将上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后无菌保存，备用，即可得本发明微量元素硒缓释功能性的人工牙根。
实施例3
(1)首先选用纯钛加工好人工牙根；
(2)人工牙根表面水热处理：将人工牙根打磨抛光，然后用丙酮、70％的酒精、蒸馏水超声清洗，采用浓度为10mol/L的氢氧化钠水溶液进行水热反应，工作温度150摄氏度，处理时间为72小时，在人工牙根表面获得具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层；
(3)微量亚硒酸钠和BMP的离心负载处理：将表面具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层的人工牙根固定于离心筒内，倒入5×10-3mol/L的亚硒酸钠以及0.1～50mg/L的骨形态发生蛋白和0.1mol/L的磷酸缓冲盐溶液组成的混合溶液，并淹过两倍以上高度，以6000rpm的离心速度工作时间5～30min，保持工作温度4～40℃，取出；
(4)将上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后无菌保存，备用，即可得本发明微量元素硒缓释功能性的人工牙根。
实施例4
(1)首先选用Ti6Al4V合金加工好人工牙根；
(2)人工牙根表面水热处理：将人工牙根打磨抛光，然后用丙酮、70％的酒精、蒸馏水超声清洗，采用浓度为10mol/L的氢氧化钠水溶液进行水热反应，工作温度150摄氏度，处理时间为72小时，在人工牙根表面获得具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层；
(3)微量亚硒酸钠和BMP的离心负载处理：将表面具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层的人工牙根固定于离心筒内，倒入5×10-3mol/L的亚硒酸钠以及0.1～50mg/L的骨形态发生蛋白和0.1mol/L的磷酸缓冲盐溶液组成的混合溶液，并淹过两倍以上高度，以8000rpm的离心速度工作时间5～30min，保持工作温度4～40℃，取出；
(4)将上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后无菌保存，备用，即可得本发明微量元素硒缓释功能性的人工牙根。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，还可在上述说明的基础上做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有实施方式予以穷举，而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种微量元素硒缓释功能性的人工牙根及其制备方法，其特征在于，所述的微量元素硒缓释功能性的人工牙根由纯钛或钛合金人工牙根金属基体以及负载有微量亚硒酸钠和骨形态发生蛋白(BMP)的具有微孔结构的钛酸钠表面层组成，所述及的具有微孔结构的钛酸钠表面层与金属基体表面结合，由钛或者钛合金基体表面与氢氧化钠溶液水热反应生成的钛酸钠微孔结构相互交替堆叠而成。所述及微量元素硒缓释功能性的人工牙根制备方法按如下步骤进行：
1)首先选用纯钛或者钛合金加工好人工牙根；
2)把人工牙根表面打磨抛光，然后采用碱液水热合成技术在其表面获得具微孔结构的钛酸钠生物活性涂层；
3)最后采用离心负载技术在具微孔结构的钛酸钠生物活性层内负载微量亚硒酸钠和骨形态发生蛋白。
2.根据权利要求1所述的微量元素硒缓释功能性的人工牙根的制备方法，其特征在于所述及的碱液水热合成技术，采用浓度为5～15mol/L的NaOH水溶液，处理时间为4～200小时，处理温度为60～180摄氏度。
3.根据权利要求1所述的微量元素硒缓释功能性的人工牙根的制备方法，其特征在于所述及的离心负载技术，是利用离心力将微量亚硒酸钠和骨形态发生蛋白负载于具有微孔结构的钛酸钠层中，具体操作为：将表面具有微孔钛酸钠生物活性涂层的人工牙根置于离心机中，倒入浓度为5×10-3～2×10-2mol/L的亚硒酸钠以及0.1～50mg/L的骨形态发生蛋白和0.1mol/L的磷酸缓冲盐溶液组成的混合溶液，并淹过两倍以上高度，以2000～80000rpm的离心速度工作5～30min，其间保持工作温度为4～40℃，取出，用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后无菌保存，备用，即可得本发明微量元素硒缓释功能性的人工牙根。
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