CN102113919A

CN102113919A - 一种人体植入物及其制造方法

Info

Publication number: CN102113919A
Application number: CN2009102495949A
Authority: CN
Inventors: 邱松茂; 朱继文; 林昭宪; 杨国源
Original assignee: Metal Industries Research and Development Centre
Current assignee: Metal Industries Research and Development Centre
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: CN102113919B

Abstract

本发明提供一种人体植入物及其制造方法，该人体植入物包括：底材、第一层金属膜及第二层氧化钛镀膜。该底材具有一表面，第一层金属膜形成于该表面。该第二层氧化钛镀膜形成于该第一层金属膜上，且第二层氧化钛镀膜的局部具有纳米银微粒或纳米铜微粒。本发明提供的人体植入物中，该第二层氧化钛镀膜具有高骨整合性，利于该人体植入物与细胞贴附，而纳米银微粒或纳米铜微粒具有极佳的抗菌功效，可避免人体植入物植入初期因外来细菌造成感染的机会，可提高植入成功率。

Description

一种人体植入物及其制造方法

技术领域

本发明是关于一种人体植入物及其制造方法，详言之，本发明是关于一种人工牙根植体及其制造方法。

背景技术

人体植入物包括人工牙根植体、骨钉等用于植入人体内的制品，以人工牙根植体为例说明。人工牙根约分为植体(Fixture)、支台(Abutment)、及假牙冠(Prosthetic crown)三部分，在植入植体部分后，经测试确认骨稳固状态已足以负载日常生活所需的应力时，即可接上支台与假牙冠，恢复牙齿应有之功能并兼顾美观性。

一般而言，钛金属植体表面处理技术可利用等离子体熔射(Plasmaspray)、高温烧结多孔涂层(Porous coating)、机械加工或喷砂酸蚀处理(Sandblasting etching)等，以能够产生微米级的粗糙表面。

利用等离子体熔射氢氧基磷灰石(HA)表面处理的植体，经长期研究中显示，有表面剥落及被骨吸收而导致失败率过高的现象，在市场上逐渐受质疑。电浆熔射纯钛涂层，此法缺点为无法确定电浆熔射过程中钛粉是否会完全熔融，会有担心未熔融颗粒将可能剥落而停留在邻近淋巴结而造成严重异物反应。

高温烧结多孔涂层，此法是将纯钛小球与粘结剂混合后制成类似胶状液体直接粘附在钛合金基材上，在高真空与高温(1250℃至1300℃)以及长时间(1～3小时)下进行烧结，此多孔涂层将可提供骨内生长(bone ingrowth)固定方式。但是在进行真空高温烧结时，将造成钛合金之延性(ductility)、韧性(toughness)、抗疲劳强度的严重降低；此多孔结构除提供骨组织生长外，细菌也可能在孔洞内生长引起感染，同时此人工牙根如手术失败不易进行二次手术。

喷砂及酸蚀处理技术，是藉由同时提供微米级与次微米级粗糙表面，提供骨细胞贴附与生长条件，在骨整合阶段增加与骨接触面积，是目前市面植体主要表面处理方法。该处理技术优点在制造成本低，缺点是以酸蚀方式制备次微米级粗糙表面时，酸蚀残液如何在次微米级粗糙结构中，完整且确效的去除，也面临废液处理环保议题。

以传统喷砂及酸蚀处理的钛植牙材表面，无法成亲水状态，需浸置于低能量化学液体中，才能呈现植牙体的亲水性。此方式对于植牙体的储存，及医师诊疗过程的使用中具相当不便性。

参考美国专利公开第20060161256号，其揭示一种具有抗感染及具生物兼容性钛覆层植体及其制作方法，其所采用的制造过程是采用有机金属二氧化钛前驱物，但若要获致与基材间高附着力，须加温至400-500℃以上，如此会导致人工牙根钛合金基材机械性质的降低。

参考中国台湾专利第M338055号，其揭示一种人工牙根的改良结构，其颈部具有极细双螺纹，能增加与骨头的接触面积，具有紧密稳固的功效，且于上端颈部利用高抛光面的设计，除具有极佳的抗菌功效，更可避免增加感染的机会而造成骨吸收。然而，该公开技术仅揭示采用高抛光面的设计，并未有抗菌成分的导入。

因此，有必要提供一种创新且具进步性的人体植入物及其制造方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种人体植入物，该植入物的结构采用经表面粗化处理的金属底材和具有纳米银或铜微粒的氧化钛镀膜层，以及作为二者结合层的金属膜层，提升植入初期细胞的贴附功能以及抗菌功能，达到提高植入成功率的目的。

本发明还提供一种人体植入物的制造方法，通过对植入物底材的表面粗化处理以及金属膜层和具有纳米银或铜微粒的氧化钛镀膜的设置，达到提升植入物的应用特性，提高植入成功率的目的。

本发明首先提供了一种人体植入物，其包括：底材、第一层金属膜及第二层氧化钛镀膜。该底材具有一表面，该第一层金属膜形成于该表面。该第二层氧化钛镀膜形成于该第一层金属膜上，且第二层氧化钛镀膜的局部具有纳米银微粒或纳米铜微粒。

根据本发明提供的人体植入物，所述底材优选为一金属底材。所述第一层金属膜可以为铬、钛、钒、铌、或锆等金属膜。

本发明提供的人体植入物的优选方案中，部分该第二层氧化钛镀膜具有锐钛矿-氧化钛或金红石-氧化钛相结构，该第二层氧化钛镀膜经UV光照射，可产生亲水性。

本发明提供的上述人体植入物可以为一人工牙根植体，其包括一螺牙部分及一上端颈部分。

具体地，

该人工牙根植体的螺牙部分的底材为金属底材，该金属底材的粗度范围为Ra 1-3μm，优选为Ra 1.5-2.5μm。

该人工牙根植体的上端颈部分的底材为金属底材，该金属底材的粗度范围为Ra 0.05-0.5μm，优选为Ra 0.05-0.2μm。

在本发明提供的人工牙根植体的优选方案中，该上端颈部分的第二层氧化钛镀膜的厚度为50-1000nm。更优选地，该上端颈部分的第二层氧化钛镀膜中包含纳米银微粒或纳米铜微粒。该上端颈部分的纳米银微粒或纳米铜微粒的大小范围为1-100nm，优选为1-50nm，尤其以1-20nm为最佳。

该上端颈部分的纳米银微粒或纳米铜微粒与第二层氧化钛镀膜的体积比范围为0.1-10％，优选为0.2-8％。

本发明还提供一种人体植入物的制造方法，包括以下步骤：(a)表面处理该人体植入物的一底材的一个表面；(b)于该表面形成一第一层金属膜；及(c)于该第一层金属膜上形成一第二层氧化钛镀膜，且第二层氧化钛镀膜的局部具有纳米银微粒或纳米铜微粒。

本发明还具体提供了上述人工牙根植体的制造方法。

根据本发明提供的人体植入物及其制造方法中，所述表面处理包括喷砂或粗化处理，该第二层氧化钛镀膜具有高骨整合性，利于该人体植入物与细胞贴附，且该第二层氧化钛镀膜经UV光照射，可产生亲水性，有助于该人体植入物植于骨头时，组织液及骨母细胞非常容易进入人体植入物由喷砂或粗化加工所形成的微米结构及在其表面所形成的该第二层氧化钛镀膜的纳米结构上，有助于植入初期细胞的贴附功能。另外，纳米银微粒或纳米铜微粒具有极佳的抗菌功效，可避免人体植入物植入初期因外来细菌造成感染的机会，以及因发炎而造成骨吸收，甚至造成植入的失败。因此，本发明提供的人体植入物更可有助于提高植入成功率。

附图说明

图1显示本发明实施例提供的人工牙根植体的立体示意图；

图2显示本发明实施例提供的人工牙根植体的螺牙部分的各层结构示意图；及

图3显示本发明实施例提供的人工牙根植体的上端颈部分的各层结构示意图。

图中主要组件符号说明

10——本发明人工牙根植体

11——螺牙部分

12——上端颈部分

111——螺牙部分的底材

112——螺牙部分的第一层金属膜

113——螺牙部分的第二层氧化钛镀膜

121——上端颈部分的底材

122——上端颈部分的第一层金属膜

123——上端颈部分的第二层氧化钛镀膜

125——纳米银微粒或纳米铜微粒

具体实施方式

请参考图1，其显示本发明实施例所提供的人工牙根植体的立体示意图。图2显示本发明实施例中该人工牙根植体的螺牙部分的各层结构示意图。图3则显示本发明实施例的人工牙根植体的上端颈部分各层结构示意图。以下结合图1至3说明本发明人体植入物及其制造方法。在本发明实施例中，以人工牙根植体说明本发明的人体植入物，但本发明提供的人体植入物不限于人工牙根植体。

配合参考图1及图2，在本实施例中，本发明人工牙根植体10包括一螺牙部分11及一上端颈部分12。该螺牙部分11包括：一底材111、一第一层金属膜112及一第二层氧化钛镀膜113。该底材111具有一表面，该第一层金属膜112形成于该表面，该第二层氧化钛镀膜113形成于该第一层金属膜112上。

该螺牙部分11的底材111为一金属底材，该金属底材的粗度范围为Ra1-3μm。在本实施例中，是以喷砂或微米尺寸粗化加工手段对该螺牙部分11的金属底材111的该表面实施表面处理。较佳地，该金属底材的粗度范围为Ra 1.5-2.5μm。

在本实施例中，以真空蒸镀或溅镀方法，于该螺牙部分11的金属底材111表面形成该第一层金属膜112，该第一层金属膜112为铬、钛、钒、铌、或锆等金属膜。因该第一层金属膜112与该金属底材111的亲和力较强，可作为该金属底材111与该第二层氧化钛镀膜113的接合层，以加强第二层氧化钛镀膜113的附着力。

在本实施例中，以真空蒸镀或溅镀方法，于该螺牙部分11的该第一层金属膜112上形成所述第二层氧化钛镀膜113。该第二层氧化钛镀膜113具有纳米结构，且采用真空制程，在原子沉积过程中，利用能量控制所产生，故无残留化学物质的疑虑。且本发明的该第二层氧化钛镀膜113并非利用习知湿式制程所采用酸蚀及碱蚀方法形成的，因该习知湿式制程在产生纳米孔洞的同时所使用的化学酸、碱物质，很难保证能完整去除。

该第二层氧化钛镀膜113具有高骨整合性。较佳地，该第二层氧化钛镀膜113具有锐钛矿-氧化钛(Anatase-TiO₂(101))或金红石-氧化钛(Rutile-TiO₂(110))相结构，该第二层氧化钛镀膜113再经UV光(或太阳光)照射后，可产生亲水性，其水滴接触角会低于5度。该亲水性有助于该人工牙根植体植于齿槽骨时，组织液及骨母细胞非常容易进入人工牙根植体10由喷砂或粗化加工所形成的微米结构及在其表面所形成的该第二层氧化钛镀膜113的纳米结构上，有助于植入初期细胞的贴附功能。

由于该亲水性是采用物理反应原理，非采用化学反应或涂药方式，该第二层氧化钛镀膜113本身具高强度机械性质，因此在植入齿槽骨过程中，不会因如化学涂药方式其附着植体强度不足，造成涂层剥离的问题。

配合参考图1及图3，本发明人工牙根植体10的上端颈部分12包括：一底材121、一第一层金属膜122及一第二层氧化钛镀膜123。该底材121具有一表面，第一层金属膜122形成于该表面。该第二层氧化钛镀膜123形成于该第一层金属膜122上。

在本实施例中，是采用抛光加工技术，对该上端颈部分12的金属底材121的该表面实施表面处理，使该金属底材121的粗度范围为Ra 0.05-0.5μm。较佳地，该金属底材的粗度范围为Ra 0.05-0.2μm。

在本实施例中，以真空蒸镀或溅镀方法，于该上端颈部分12的金属底材121表面形成所述第一层金属膜122，该第一层金属膜122为铬、钛、钒、铌、或锆金属。因该第一层金属膜122与该金属底材121的亲和力较强，可作为该金属底材121与该第二层氧化钛镀膜123的接合层，以加强第二层氧化钛镀膜123的附着力。

在本实施例中，以共蒸镀、共溅镀或离子植入方法，将纳米银微粒或纳米铜微粒125均匀掺杂于该第二层氧化钛镀膜123内，于该上端颈部分12的该第一层金属膜122上形成所述第二层氧化钛镀膜123。该上端颈部分的第二层氧化钛镀膜的厚度为50-1000nm。

该上端颈部分12的第二层氧化钛镀膜123包含纳米银微粒或纳米铜微粒125，所述纳米银微粒或纳米铜微粒125的大小范围为1-100nm。较佳地，该上端颈部分12的纳米银微粒或纳米铜微粒125的大小范围为1-50nm。最佳地，该上端颈部分12的纳米银微粒或纳米铜微粒125的大小范围为1-20nm。

该上端颈部分12的纳米银微粒或纳米铜微粒125在所述第二层氧化钛镀膜123中所占体积为0.1-10％。较佳地，该上端颈部分12的纳米银微粒或纳米铜微粒125在所述第二层氧化钛镀膜123中所占体积为0.2-8％。最佳地，该上端颈部分12的纳米银微粒或纳米铜微粒125在所述第二层氧化钛镀膜123中所占体积为0.3-3％。

对于人工牙根植体10的上端颈部分12，因该上端颈部位12是与软组织牙龈接触，其表面具有第二层氧化钛镀膜123，且具有纳米银微粒或纳米铜微粒125，因此为一层具高生物兼容性及抗菌性的镀层，该镀层即使在不具UV光照射下，亦有极佳的抗菌功效，可避免人工牙根植体植入初期因外来细菌造成感染的机会，也因此避免因发炎而造成骨吸收，甚至造成植牙的失败。

因此，本发明人体植入物及其制造方法，可应用在医疗用人工牙根植体及其它人体或动物骨植入物，可有效提升植入成功率。

但是，上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非限制本发明。因此，习于此技术人士对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明之精神。本发明的权利范围应如本发明提出的权利要求书范围所列。

Claims

1.一种人体植入物，包括：

底材，其具有一表面；

第一层金属膜，其形成于上述底材的表面；及

第二层氧化钛镀膜，其形成于该第一层金属膜上，且第二层氧化钛镀膜的局部具有纳米银微粒或纳米铜微粒。

2.如权利要求1所述的人体植入物，其中，该底材为一金属底材。

3.如权利要求1所述的人体植入物，其中，该第一层金属膜为铬、钛、钒、铌、或锆金属膜。

4.如权利要求1所述的人体植入物，其中，部分该第二层氧化钛镀膜具有锐钛矿-氧化钛或金红石-氧化钛相结构，该第二层氧化钛镀膜经UV光照射，可产生亲水性。

5.如权利要求1所述的人体植入物，其中，该人体植入物为一人工牙根植体，包括一螺牙部分及一上端颈部分。

6.如权利要求5所述的人体植入物，其中，该螺牙部分的底材为金属底材，该金属底材的粗度范围为Ra 1-3μm。

7.如权利要求6所述的人体植入物，其中，该金属底材的粗度范围为Ra 1.5-2.5μm。

8.如权利要求5所述的人体植入物，其中，该上端颈部分的底材为金属底材，该金属底材的粗度范围为Ra 0.05-0.5μm。

9.如权利要求8所述的人体植入物，其中，该金属底材的粗度范围为Ra 0.05-0.2μm。

10.如权利要求5所述的人体植入物，其中，该上端颈部分的第二层氧化钛镀膜的厚度为50-1000nm。

11.如权利要求5所述的人体植入物，其中，该上端颈部分的第二层氧化钛镀膜中包含纳米银微粒或纳米铜微粒。

12.如权利要求11所述的人体植入物，其中，该上端颈部分的纳米银微粒或纳米铜微粒的大小范围为1-100nm。

13.如权利要求12所述的人体植入物，其中，该上端颈部分的纳米银微粒或纳米铜微粒的大小范围为1-50nm。

14.如权利要求13所述的人体植入物，其中，该上端颈部分的纳米银微粒或纳米铜微粒的大小范围为1-20nm。

15.如权利要求11所述的人体植入物，其中，该上端颈部分的纳米银微粒或纳米铜微粒在所述第二层氧化钛镀膜中所占体积范围为0.1-10％。

16.如权利要求15所述的人体植入物，其中，该上端颈部分的纳米银微粒或纳米铜微粒在所述第二层氧化钛镀膜中所占体积范围为0.2-8％。

17.如权利要求16所述的人体植入物，其中，该上端颈部分的纳米银微粒或纳米铜微粒在所述第二层氧化钛镀膜中所占体积范围为0.3-3％。

18.一种人体植入物的制造方法，包括以下步骤：

(a)对该人体植入物的一底材的一个表面实施表面处理；

(b)于该表面形成第一层金属膜；及

(c)于该第一层金属膜上形成第二层氧化钛镀膜，且第二层氧化钛镀膜的局部具有纳米银微粒或纳米铜微粒。

19.如权利要求18所述的制造方法，其中该人体植入物为一人工牙根植体，其包括一螺牙部分及一上端颈部分，该螺牙部分及该上端颈部分的底材为金属底材。

20.如权利要求19所述的制造方法，其中，在步骤(a)中，采用喷砂或微米尺寸粗化加工，对该螺牙部分的金属底材所述表面实施表面处理，使该金属底材的粗度范围为Ra 1-3μm。

21.如权利要求19所述的制造方法，其中，在步骤(a)中，采用抛光加工，对该上端颈部分的金属底材所述表面实施表面处理，使该金属底材的粗度范围为Ra 0.05-0.5μm。

22.如权利要求19所述的制造方法，其中，在步骤(b)中，采用真空蒸镀或溅镀方法，于该螺牙部分及该上端颈部分的金属底材表面形成所述第一层金属膜，该第一层金属膜为铬、钛、钒、铌、或锆金属膜。

23.如权利要求19所述的制造方法，其中，在步骤(c)中，采用真空蒸镀或溅镀方法，于该螺牙部分的第一层金属膜上形成所述第二层氧化钛镀膜。

24.如权利要求23所述的制造方法，其中，在步骤(c)中，该第二层氧化钛镀膜具有锐钛矿-氧化钛或金红石-氧化钛相结构。

25.如权利要求24所述的制造方法，其中，在步骤(c)后，另包括一以UV光照射该第二层氧化钛镀膜的步骤，使该第二层氧化钛镀膜产生亲水性。

26.如权利要求18或19所述的制造方法，其中，在步骤(c)中，采用共蒸镀、共溅镀或离子植入方法，将纳米银微粒或纳米铜微粒掺杂于该第二层氧化钛镀膜内。

27.如权利要求26所述的制造方法，其中，在步骤(c)中，于该上端颈部分的该第一层金属膜上形成所述第二层氧化钛镀膜，该上端颈部分的第二层氧化钛镀膜包括纳米银微粒或纳米铜微粒，该上端颈部分的纳米银微粒或纳米铜微粒的大小范围为1-100nm。