CN101773412A - 一种牙种植体的表面活化方法 - Google Patents

Abstract

一种牙种植体的表面活化方法，包括：将钛种植体放入1-3M H₂SO₄液体内，采用阳极氧化法将钛种植体的钛或钛合金作为阳极、Pt材料作为阴极进行阳极氧化，在表面制得具有三维球形孔微观结构的氧化膜，局部区域出现大小不一的圆形坑，孔径为100-200nm；将阳极氧化后的钛种植体放入3-5M NaOH碱液中进行处理，在表面形成钛凝胶，其中富含的Ti-OH基团诱导磷酸钙晶核生成，形成了类骨磷灰石层。本发明采用阳极氧化和碱处理方法相结合，在钛合金表面制备活性TiO₂涂层，阳极氧化法处理过的植入体的骨相容性好，结合强度和骨沉积量都明显高于未处理的钛，从而大大提高了牙种植体的临床成功率。

Description

一种牙种植体的表面活化方法

技术领域

本发明涉及一种生物医用金属植入材料的表面改性活化方法，特别是涉及一种采用阳极氧化和碱处理在钛表面制备活性涂层以提高植入体与骨组织结合强度的牙种植体的表面活化方法，属于国际专利分类表中的A61C13/02技术领域。

背景技术

金属材质的牙种植体广泛用于牙缺失后的种植，牙种植手术能否成功的关键是种植体植入牙床后牙床骨能否快速地向种植体表面生长并与表面牢固结合。

原来采用的种植材料为Co-Cr合金、刚玉氧化铝、单晶氧化铝等。但Co-Cr合金的生物相容性不足，有腐蚀性，刚玉氧化铝其力学性能不能满足要求，易脆断。从80年代开始钛及钛合金以其与骨相近似的弹性模量、良好的生物相容性及抗腐蚀性，在口腔种植体中得到越来越广泛的应用，基本上取代了其它材料。但随着临床应用时间的延长，人们发现在人的体液长期作用下，钛种植体无法与牙床骨快速结合，造成植入体松动脱落而不能定位，甚至导致植入失效。因此需要进行表面改性处理。

对钛金属表面进行改性使其表面具有生物活性，能够与骨组织形成生物性结合，是近年来口腔种植体生物材料研究的热点之一。

长期以来，人们多采用物理或者化学的方法对钛合金表面进行改性处理，通过改变钛表面氧化钛膜的结构、化学成份等可赋予钛基合金生物活性，从而在体内实现材料与硬组织间的生物活性结合。例如，公开号为CN1110546的发明专利申请给出的《牙种植体的表面氧化改性方法》，它首先将金属钛或钛合金基体进行酸蚀或机械方法去除基体自然氧化膜，立即采用有机溶剂清洗和保护，接着用氧化性溶液预处理5～25分钟后，放入300～600℃的加热炉内加热氧化80～300分钟，并让其自然冷却，再经过热蒸汽封孔50～100分钟。公开号为CN1817319的发明专利申请给出的《在纯钛牙种植体表面制备具有生物活性多孔结构的方法》，它首先将纯钛种植体进行喷砂、双重酸处理、双氧水及热处理等表面改性后，种植体表面即可形成一层多级孔洞结构的形貌，表面的TiO₂层为锐钛矿晶相结构。公开号为CN1586427的发明专利申请给出的《一种在金属牙种植体表面制备珍珠质天然生物涂层的方法》，将金属牙种植体植入珍珠蚌中，经一段时间培养后取出种植体，在种植体表面即可形成一层与天然珍珠质完全相同、由碳酸钙和有机质组成的天然生物涂层。以及公开号为CN101292907的发明专利申请给出的《一种牙种植体生物活性表面的构建方法》，其特征是先利用喷砂技术、微弧氧化-电泳技术在纯钛表面构建一层由氧化钛支架及磷灰石组成的三维孔隙层，后选择与骨生长发育及再生有关的生长因子纤维粘连蛋白(Fn)和骨形成蛋白(BMP)，根据组织工程生物支架的构思，使其与钛氧化层表面发生化学吸附的生物活性分子沉积并固化于三维孔隙层的微环境内，从而使种植体表面可以诱导和调控成骨并参与骨基质物质交换，具备与机体长期协调共存所必需的改建和自我修复能力，形成牙种植体与骨组织双方参与的物理-化学-生物性骨结合。

以上技术方案给出的对钛种植体的合金表面进行改性处理的方法，虽都能取得一定效果，提高牙种植体的临床成功率。但其处理工艺较复杂，操作不方便和诱导骨的能力受限，种植生长时间过长等缺点。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述技术问题，通过研究改进，而提供一种处理工艺简单、操作方便的牙种植体的表面活化方法。本发明给出的这种牙种植体的表面活化方法采用阳极氧化和碱处理方法相结合，在钛合金表面制备活化层，阳极氧化法处理过的植入体的骨相容性好，结合强度和骨沉积量都明显高于未处理的钛，利用阳极氧化法可以得到活性TiO₂涂层，涂层与基体结合强度较高，从而大大提高了牙种植体的临床成功率。

本发明给出的技术方案是：这种牙种植体的表面活化方法，其特点是包括有下列步骤：

1.首先将钛种植体放入1-3M H₂SO₄液体内，配制纯水，采用阳极氧化法将钛种植体的钛或钛合金作为阳极、Pt材料作为阴极在20-40V电压下进行进行阳极氧化，在表面制得锐钛矿型的表面层氧化膜具有三维球形孔的微观结构，局部区域出现大小不一的圆形坑，孔径分布在100-200nm之间，多孔结构有利于人体新骨组织的长入以及营养物质的输送；

2.然后将阳极氧化后的钛种植体放入3-5M NaOH碱液中进行处理，使之在表面形成钛凝胶，其中富含的Ti-OH基团诱导磷酸钙晶核生成，形成了类骨磷灰石层。

在本发明中，钛种植体的纯钛或钛合金表面覆有一层稳定的TiO₂钝化膜，经碱液处理，基体表面受OH攻击，TiO₂层部分溶解到碱液中(TiO₂+OH→HTiO₃ ^-)，同时暴露的钛发生水合作用，生成TiO₂·nH₂O，OH^-进一步攻击水合TiO₂，基体表面带上了OH^-，形成钛酸钠水凝胶层。当基体浸在模拟体液中，钛酸钠水凝胶层的Na⁺与体液中的H₃O⁺交换，使得基体表面的pH值升高，pH值的升高提高了磷灰石的离子活性，促进了磷灰石的成核。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.钛表面阳极氧化工艺简单，操作方便。

2.TiO₂氧化膜表面比较粗糙，孔的分布比较均匀，多孔结构有利于人体新骨组织的长入以及营养物质的输送。

3.氧化膜可以防止钛在生理环境下受到进一步的腐蚀，避免在体内产生游离钛，可以增加植入体的化学稳定性和使用寿命。

4.经酸碱处理后在钛表面能够形成一层钛凝胶，其中富含的Ti-OH基团能诱导磷酸钙晶核生成，从而形成类骨磷灰石层。

具体实施方式

现具体实施例对本发明做进一步详细说明。

首先将钛种植体放入1-3M H₂SO₄液体内，其余配制纯水。采用阳极氧化法将钛种植体的钛或钛合金作为阳极进行阳极氧化，在20-40V电压下进行电化学处理，采用Pt材料作为阴极。在表面制得锐钛矿型的表面层氧化膜表面比较粗糙，局部区域出现若干大小不一的圆形坑，孔的分布比较均匀，孔径很小，高倍电镜下观察发现该氧化膜具有三维球形孔的微观结构，孔的分布比较均匀，孔径很小，孔径分布在100-200nm之间，多孔结构有利于人体新骨组织的长入以及营养物质的输送。

然后将阳极氧化后的钛种植体放入3-5M NaOH碱液中进行处理，使之在表面形成钛凝胶。纯钛表面覆有一层稳定的TiO₂钝化膜，经碱液处理，基体表面受OH^-攻击，TiO₂层部分溶解到碱液中(TiO₂+OH^-→HTiO₃ ^-)，同时暴露的钛发生水合作用，生成TiO₂·nH₂O，OH^-进一步攻击水合TiO₂，基体表面带上了OH^-，形成钛酸钠水凝胶层。当基体浸在模拟体液中，水凝胶层的Na⁺与体液中的H₃O⁺交换，使得基体表面的pH值升高，pH值的升高提高了磷灰石的离子活性，促进了磷灰石的成核。

活化处理后的活性表面经过48小时Hank’s模拟人体体液中浸泡，生长出骨细胞。

Claims (1)

1.一种牙种植体的表面活化方法，其特征在于包括有下列步骤：

(1)首先将钛种植体放入1-3M H₂SO₄液体内，配制纯水，采用阳极氧化法将钛种植体的钛或钛合金作为阳极进行阳极氧化，在20-40V电压下进行电化学处理，采用Pt材料作为阴极，在表面制得锐钛矿型的表面层氧化膜表面比较粗糙，该氧化膜具有三维球形孔的微观结构，局部区域出现大小不一的圆形坑，孔径分布在100-200nm之间；

(2)然后将阳极氧化后的钛种植体放入3-5M NaOH碱液中进行处理，使之在表面形成钛凝胶，其中富含的Ti-OH基团诱导磷酸钙晶核生成，形成了类骨磷灰石层。