CN103892930A - 氧化锆陶瓷熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的牙种植体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氧化锆陶瓷熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的牙种植体，本种植体采用非埋入式结构，种植体和基台为一个整体，基台上部为基台杆，下部为基桩，基台杆和基桩之间设有一个膨大的基盘，种植体为前牙种植体时，基桩穿龈部还有竹节样膨大的基桩节，种植体体部和根部开有螺纹，其中体部的螺纹为浅梯形螺纹，根部的螺纹为深三角螺纹；种植体颈部以下植入牙槽骨部分熔附有生物活性玻璃陶瓷人工骨粉。本种植体设计结构合理，不易发生折断，比纯钛种植体生物相容性更好，比羟基磷灰石涂层种植体骨结合强度更高。另外本种植体制备方法简单，可以实现自动化生产，有条件的口腔医科大学可以自己生产加工，可以供本科学生开展种牙实习时使用。

Description

氧化锆陶瓷熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的牙种植体
技术领域
本发明涉及一种无金属的氧化锆全瓷人工牙种植体，尤其是一种氧化锆陶瓷表面无损伤熔附有生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的人工牙种植体，属于牙科医疗器械技术领域。
背景技术
近30年来，钛种植体已经统治了大部分的牙科种植领域，然而钛种植体对于较薄的牙龈易透金属色，影响美观，另一个不可忽视的问题是，据国外口腔医学报导，在钛种植体邻近的淋巴节中发现有钛颗粒聚集，存在着潜在的致敏原。此外钛容易氧化，据国家自然科学基金项目31200756山东省高等学校科技计划项目J12K54和南京医科大合作对氧化钛纳米颗粒（TiO2-Nps）动物试验研究结果表明：纳米氧化钛颗粒会引起骨细胞活动下降，激发细胞氧化应激反应，同时可诱导细胞凋亡，TiO2-Nps引起成骨细胞的毒性反应机制，为种植领域的安全应用提供理论依据。另据广东省医学科研基金立项资助项目B2011036、广东省口腔南方医科大口腔、南京医科大口腔联合研究“钛颗粒对破骨细胞骨吸收功能的影响”表明：钛颗粒会使种植体周围破骨细胞吸收活性增加，必然会引起种植体周围骨质进一步吸收，种植体周围骨溶解，种植体的稳定性受到进一步破坏。因此，一些对美学期望值很高的人和对种植体材料的生物相容性要求很高人，会要求采用无金属的陶瓷材料类种植体进行牙科种植。
陶瓷材料类种植体目前最好的是氧化锆陶瓷种植体，据国外研究人员Depprich和Park等人对氧化锆陶瓷种植体与纯钛种植体进行动物种植试验比较的电镜观察结果表明：植入第一周富含胶原的骨基质与氧化锆陶瓷种植体紧密结合，而纯钛种植体只有表面窝洞内附着；植入第四周氧化锆陶瓷种植体的种植体与骨结合率（BIC）和种植体旋出扭矩（BTQ）明显高于纯钛种植体。
但是普通氧化锆陶瓷种植体容易断裂，折断往往发生在直径较小的前牙种植体及种植体螺纹和粗糙微孔表面有缺陷处。钛种植体一样会发生断裂，钛种植体对于直径较小的前牙种植体和内衔接部中心螺钉固位处存在薄弱环节，有的在一年内折断，有的多年以后折断，一年内部折断的多发生在颈部第一螺纹处，多年以后折断的多发生在中心螺钉固位处，主要是因为牙槽骨萎缩受力点下移。目前各国都重视钛种植体折断的问题，解决的办法有：把颈部加粗，把内接中心螺钉从颈部下移，小直径的可做成一段式，即基台和种植体合为一个整体。因此氧化锆陶瓷种植体也可以参考钛种植体从结构上进行改进以防止断裂的发生。
另外为了增加种植体的生物相容性，我们在种植体表面熔附一层人工骨粉，这样可以显著增加早期愈合。常用的人工骨粉羟基磷灰石虽然生物相容性好，但断裂韧性较低，只有0.7～1.3MPam，容易高温失水形成氧磷灰石，在牙科种植中难以应用。因此我们采用生物活性玻璃陶瓷，生物活性玻璃陶瓷也具有很好的生物相容性，能与骨组织化学键结合，不含对人体有害的成份，且比羟基磷灰石具有更高的机械强度，不容易吸收。根据卫生部十二五规划全国高等学校教材《口腔材料学》第229页介绍，生物活性玻璃陶瓷弯曲强度180～200MPam，断裂韧性2～2.5MPam，当生物活性玻璃陶瓷植入骨内，有利于骨形成化学键结合，促进骨修复，植入10天材料表面可以看到新生骨，植入60天材料和骨组织已形成牢固结合，植入8周后与骨的结合强度要比同期羟基磷灰石与骨的结合强度高出20%。我国对生物活性玻璃陶瓷的研究开展很早，早在1986年9月18日四川省委组织召开的技术鉴定会，由华西医科大学院长王翰章主持，会上宣布由中国科学院光电技术研究所开发的生物活性玻璃陶瓷人工骨材料已达到国际先进水平。另据国家自然科学基金资助项目50830101由北大口腔医学院对生物活性玻璃对人牙髓细胞血管生长因子的作用研究表明：生物活性玻璃陶瓷可促进人牙髓细胞的增殖及血管内皮生长因子（VEGF）和碱性成纤维细胞生长因子（BFGF）的基因表达和蛋白分泌。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构合理不易折断且在其植入牙槽骨部分熔附有生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的氧化锆陶瓷牙种植体。本发明种植体具有不容易断裂，比纯钛种植体生物相容性更好，比羟基磷灰石涂层种植体骨结合强度更高的特点。
本发明的具体技术方案为：
一种氧化锆陶瓷熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的前牙种植体，包括种植体和基台，其特征是：前牙种植体为Ф3.8～Ф4.5mm的细种植体，采用非埋入式结构，种植体和基台为一个整体，基台上部为基台杆，下部为基桩，基台杆和基桩之间设有一个膨大的基盘，基桩的直径≥4mm，为了防止基桩容易折断，基桩穿龈部还设有一个竹节样膨大的基桩节；种植体体部和根部开有螺纹，其中体部的螺纹为浅梯形螺纹，根部的螺纹为深三角螺纹；种植体颈部以下植入牙槽骨部分熔附有生物活性玻璃陶瓷人工骨粉。
一种氧化锆陶瓷熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的后牙种植体，包括种植体和基台，其特征是：后牙种植体为Ф5～Ф6mm的粗种植体，采用非埋入式结构，种植体和基台为一个整体，基台上部为基台杆，下部为基桩，基台杆和基桩之间设有一个膨大的基盘，基桩的直径略小于种植体的直径且＞4mm；种植体体部和根部开有螺纹，其中体部的螺纹为浅梯形螺纹，根部的螺纹为深三角螺纹，且根部的螺纹上还设有割尾开槽；种植体颈部以下植入牙槽骨部分熔附有生物活性玻璃陶瓷人工骨粉。
上述前牙种植体和后牙种植体中，所述基台的基台杆的锥度为1.5度，长度为5～7mm，基桩的长度为3～4mm。
本发明的氧化锆陶瓷牙种植体的制备方法包括以下步骤：
1）、毛坯制作：以氧化锆块为原料，用计算机数字化五轴加工设备CAD/CAM加工出种植体毛坯。
    2）、氧化锆烧结：将种植体毛坯放入真空烧结炉中烧结，种植体毛坯由氧化锆芯烧结成氧化锆陶瓷芯。
3）、熔附VITA-VM7粉：烧结好的氧化锆陶瓷芯用微型喷雾器在其植入牙槽骨部分的表面喷一层粘性水剂，再用微型喷粉器喷一层低温陶瓷VITA-VM7粉，然后放入真空烧结炉烧结，形成一层厚度为0.02～0.04mm的镜面瓷层。
4）、熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉：在步骤3烧结形成的镜面瓷层表面再喷一层生物活性玻璃陶瓷人工骨粉，然后放入真空烧结炉中烧结，即可把生物活性玻璃陶瓷人工骨粉熔附在氧化锆陶瓷芯表面。
所述步骤1所采用的氧化锆块为稳定四方相纳米级氧化锆块。
所述步骤2的烧结方法为：从常温以12℃/分的温升速度加温至300℃，再以8℃/分的温升速度加温至1000℃，再以4℃/分的温升速度加温至1520℃，维持2小时，然后在1小时内使温度逐渐下降至800℃，再随烧结炉自然冷却。
所述步骤3的烧结方法为：先预热加温至550℃，然后用55分钟加温升至920℃并停留60秒，停止加热，随烧结炉自然冷却。
所述步骤4的烧结方法为：先预热加温至550℃，然后用55分钟加温升至780℃～820℃并停留20分钟，停止加热，随烧结炉自然冷却。
本发明的氧化锆陶瓷牙种植体的优点为：设计结构合理，不易发生折断，由于在其植入牙槽骨部分熔附有生物活性玻璃陶瓷人工骨粉，本种植体比纯钛种植体生物相容性更好，比羟基磷灰石涂层种植体骨结合强度更高。另外本种植体制备方法简单，材料立足国内，来源容易，价格低廉，因其结构简单，可以实现自动化生产，有条件的口腔医科大学都可以自己生产加工，无需购买昂贵的种植体成品进行种牙，可以供本科学生开展种牙实习时使用。
附图说明
图1为本发明前牙种植体的结构示意图；
图2为本发明后牙种植体的结构示意图；
图3为普通埋入式牙种植体的结构示意图；
图4为普通非埋入式牙种植体的结构示意图；
图5为使用本发明种植体进行种牙时的示意图。
图1中：1-种植体，1.1-种植体颈部，1.2-种植体体部，1.3-种植体根部，2-基台，2.1-基台杆，2.2-基盘，2.3-基桩，2.4-基桩节，3-熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉部分。
图2中：1a-种植体，1.1a-种植体颈部，1.2a-种植体体部，1.3a-种植体根部，1.4a-割尾槽，2a-基台，2.1a-基台杆，2.2a-基盘，2.3a-基桩,3a-熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉部分。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1所示为本发明的前牙种植体，包括种植体1和基台2，前牙种植体为Ф3.8～Ф4.5mm的细种植体，采用非埋入式结构，种植体1和基台2为一个整体，基台2上部为基台杆2.1，下部为基桩2.3，基台杆2.1和基桩2.3之间设有一个膨大的基盘2.2。基台杆2.1锥度为1.5度，长度为5～7mm，用于插接和粘结牙冠。前牙种植体直径最小要达到Ф3.8mm，这样才能保证基台2的基桩2.3有≥4mm的实心直径，以防止脆断。另外为了增加基桩2.3的强度，基桩2.3的穿龈部还设有一个竹节样膨大的基桩节2.4，从而增大基桩2.3的直径，此外也可以替代普通种植体平台起到阻挡细菌从病理袖口进入种植体的作用。种植本颈部1.1不设螺纹，以防折断。种植体体部1.2和根部1.3开有螺纹，其中体部1.2的螺纹为浅梯形螺纹，使种植体体部1.2不易发生折断；根部1.3的螺纹为深三角螺纹，使种植体根部1.3容易植入。为了增强种植体的生物相容性，更快和牙槽骨形成骨结合，种植体颈部以下植入牙槽骨部分熔附有生物活性玻璃陶瓷人工骨粉。
图2所示为本发明的后牙种植体，后牙种植体为直径Ф5～Ф6mm的粗种植体，和前牙种植体一样采用非埋入式结构，种植体1a和基台2a为一个整体，基台2a上部为基台杆2.1a，下部为基桩2.3a，基台杆2.1a和基桩2.3a之间设有一个膨大的基盘2.2a。基台杆2.1a的锥度和长度和前牙种植体一样。后牙种植体比前牙种植体粗，能承受更大的咬合力和剪切力，其基桩2.3a的直径也相应较粗，基桩2.3a略小于种植体的直径且＞4mm，这样可控制负重后种植体边缘骨吸收，不易发生折断，因此基桩2.3a上不需再设有如前牙种植体般的基桩盘2.4。后牙种植体的体部1.2a和根部1.3a也开有螺纹，其中体部1.2a的螺纹为浅梯形螺纹，根部1.3a的螺纹为深三角螺纹，且根部1.3a的螺纹上还设有割尾开槽1.4a。另外后牙种植体颈部1.1a以下植入牙槽骨部分也熔附有生物活性玻璃陶瓷人工骨粉。
为了照顾部分医生的种植习惯，也可以直接在常规埋入式和非埋入式结构种植体上熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉，如图3和图4所示，但常规结构由于端面上要开基台插孔，结构上有缺陷，种植后容易发生折断现象。
本发明的氧化锆陶瓷牙种植体的具体制备方法如下：
1）、毛坯制作：以稳定四方相纳米级氧化锆块为原料，根据需要的种植体尺寸，用计算机数字化五轴加工设备CAD/CAM加工出种植体毛坯。
    2）、氧化锆烧结：将种植体毛坯放入真空烧结炉中烧结，从常温以12℃/分的温升速度加温至300℃，再以8℃/分的温升速度加温至1000℃，再以4℃/分的温升速度加温至1520℃，维持2小时，然后在1小时内使温度逐渐下降至800℃，然后随烧结炉自然冷却，种植体毛坯由氧化锆芯烧结成氧化锆陶瓷芯。
3）、熔附VITA-VM7粉：烧结好的氧化锆陶瓷芯不做任何表面喷砂，酸蝕等粗化损害表面的处理，用德国VITA公司产的微型喷雾器在氧化锆陶瓷芯植入牙槽骨部分的表面喷一层粘性水剂复方聚乙烯吡咯烷酮，再用微型喷粉器喷一层VITA公司产的低温陶瓷VITA-VM7粉，批量生产时可用机械先把多个氧化锆陶瓷芯插在旋转台上旋转，用超声波造雾机溅射的方法层层溅射，此法比较均匀，也可以直接用静电吸附机把粉末层层吸附上去。然后放入真空烧结炉烧结，先预热加温至550℃，然后用55分钟加温升至920℃并停留60秒，停止加热，随烧结炉自然冷却，形成一层厚度为0.02～0.04mm的镜面瓷层。
氧化锆的熔点为1500℃，与生物活性玻璃陶瓷难以结合，而德国VITA公司产的低温陶瓷VITA-VM7基瓷是专门粘氧化锆陶瓷的专用瓷，软化温度只有689℃，加热至910℃保持60秒，即可达到水样镜面熔附，780～820℃保持20分种即可粘结生物活性玻璃陶瓷，其抗弯曲强度达到106MPam。
4）、熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉：用和步骤3同样的方法在步骤3烧结形成的镜面瓷层表面再喷一层生物活性玻璃陶瓷人工骨粉，然后放入真空烧结炉烧结，先预热加温至550℃，然后用55分钟加温升至780℃～820℃并停留20分钟，停止加热，随烧结炉自然冷却，即可把生物活性玻璃陶瓷人工骨粉熔附在氧化锆陶瓷芯表面，如果不够厚还可以再喷一次，层层组装梯度涂层，把种植体计划要植入牙槽骨的部位全部包裹一层生物活性玻璃陶瓷人工骨粉。
使用本种植体进行种牙时，最好配合弹性氧化锆全瓷牙冠使用，因氧化锆陶瓷太硬，过硬的氧化锆陶瓷牙冠会传递过大的颌力，受力集中在唇侧颈缘，会引起骨吸收，必须要在修复戴牙时加一点缓冲，初期应先用树脂牙修复，6个月后再做永久修复，永久修复时最好使用弹性氧化锆全瓷牙冠。国产氧化锆陶瓷断裂韧性为6～10MPam，国外有商标名为NANOZR的纳米氧化锆陶瓷弯曲强度达1500MPam，断裂韧性为10～15MPam，而上海出产的用做刀的纳米氧化锆陶瓷可以达到12MPam，最近德国VITA公司出品的一种弹性氧化锆瓷VITA ENAMIC，其材料的弹性模量与天然的牙本质接近，断裂韧性最高达到20MPam。因此最好选用弹性氧化锆全瓷牙冠。如无弹性氧化锆用普通氧化锆作牙冠，可在牙冠内层预留空间，在粘结前充填硬质树脂作缓冲层。
本种植体主要用于美容种植，首先要了解患者对美容的要求，术前要做CBCT（锥束CT）检查，并进行模拟种植，让患者看到模似种植和修复的全过程，术前如有需消炎和邻牙问题先进行解决。以下为具体实施例。 
以中切牙拨除三个月后即刻种植，以Ф4×25mm种植体为例。
1）、对患者作CBCT检查，根据所获得的三维图像应用相应的软件进行模拟种植，并把结果以及医生意见和患者意见发送电子文件给工厂或修复科，由工厂或修复科制作种植导板、个性化氧化锆陶瓷熔附生物陶瓷人工牙以及修复用的树脂牙，全部到位后进行手术。
2）、用利多卡因进行局麻，戴入手术导板，在钻针引导下逐级备洞，如果种植孔不够宽，可以用骨凿挤压增宽种植孔，把种植体旋入。使用35～45Ncm的力矩把种植体旋扭进种植孔，将颈部熔附有生物活性玻璃陶瓷的部位全部植入牙槽骨内，将基桩上竹节样膨大的基桩节留在牙龈内，使基桩节代替种植体平台，也能防止日后基桩发生折断，再对软组织作必要的诱导塑形即刻进行修复，然后即刻安装树脂牙冠，先调颌再受力，暂时与邻牙用马里兰桥固定，如图5所示。
3）、术中让患者观察，如有不满意的地方再进行植骨和软组织移植，直到让患者满意为止。
4）、交待术后注意项目，一周、一月、半年来复诊，6个月后换VITA ENAMIC弹性氧化锆陶瓷全瓷牙冠，用陶瓷专用硅类隅联剂Z-prineTMplus处理15秒再涂Bis-GMA（双酚A双甲基丙烯酸缩水甘油酯）流动无填料光固化树脂进行粘结，然后用酒精擦干净多余树脂再照光40秒固化即可固定牙冠。

Claims (9)

1.一种氧化锆陶瓷熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的前牙种植体，包括种植体（1）和基台（2），其特征是：前牙种植体为Ф3.8～Ф4.5mm的细种植体，采用非埋入式结构，种植体（1）和基台（2）为一个整体，基台（2）上部为基台杆（2.1），下部为基桩（2.3），基台杆（2.1）和基桩（2.3）之间设有一个膨大的基盘（2.2），基桩（2.3）的直径≥4mm，基桩（2.3）穿龈部还设有一个竹节样膨大的基桩节（2.4）；种植体体部（1.2）和根部（1.3）开有螺纹，其中体部（1.2）的螺纹为浅梯形螺纹，根部（1.3）的螺纹为深三角螺纹；种植体颈部（1.1）以下植入牙槽骨部分熔附有生物活性玻璃陶瓷人工骨粉。
2.根据权利要求1所述的种植体，其特征是：所述基台（2）的基台杆（2.1）的锥度为1.5度，长度为5～7mm，基桩（2.3）的长度为3～4mm。
3.一种氧化锆陶瓷熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的后牙种植体，包括种植体（1a）和基台（2a），其特征是：后牙种植体为Ф5～Ф6mm的粗种植体，采用非埋入式结构，种植体（1a）和基台（2a）为一个整体，基台（2a）上部为基台杆（2.1a），下部为基桩（2.3a），基台杆（2.1a）和基桩（2.3a）之间设有一个膨大的基盘（2.2a），基桩（2.3a）的直径略小于种植体（1a）的直径且＞4mm；种植体体部（1.2a）和根部（1.3a）开有螺纹，其中体部（1.2a）的螺纹为浅梯形螺纹，根部（1.3a）的螺纹为深三角螺纹，且根部（1.3a）的螺纹上还设有割尾开槽（1.4a）；种植体颈部（1.1a）以下植入牙槽骨部分熔附有生物活性玻璃陶瓷人工骨粉。
4.根据权利要求2所述的种植体，其特征是：所述基台（2a）的基台杆（2.1a）的锥度为1.5度，长度为5～7mm，基桩（2.3a）的长度为3～4mm。
5.一种权利要求1或权利要求3所述的种植体的制备方法，其特征是包括以下步骤：
1）、毛坯制作：以氧化锆块为原料，用计算机数字化五轴加工设备CAD/CAM加工出种植体毛坯；
 2）、氧化锆烧结：将种植体毛坯放入真空烧结炉中烧结，种植体毛坯由氧化锆芯烧结成氧化锆陶瓷芯；
3）、熔附VITA-VM7粉：烧结好的氧化锆陶瓷芯用微型喷雾器在其植入牙槽骨部分的表面喷一层粘性水剂，再用微型喷粉器喷一层低温陶瓷VITA-VM7粉，批量生产时可用超声波造雾机或静电吸附机进行喷涂，然后放入真空烧结炉烧结，形成一层厚度为0.02～0.04mm的镜面瓷层；
4）、熔附生物活性玻璃陶瓷人工骨粉：在步骤3烧结形成的镜面瓷层表面再喷一层生物活性玻璃陶瓷人工骨粉，然后放入真空烧结炉中烧结，即可把生物活性玻璃陶瓷人工骨粉熔附在氧化锆陶瓷芯表面。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是：所述步骤1所采用的氧化锆块为稳定四方相纳米级氧化锆块。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是：所述步骤2的烧结方法为：从常温以12℃/分的温升速度加温至300℃，再以8℃/分的温升速度加温至1000℃，再以4℃/分的温升速度加温至1520℃，维持2小时，然后在1小时内使温度逐渐下降至800℃，再随烧结炉自然冷却。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是：所述步骤3的烧结方法为：先预热加温至550℃，然后用55分钟加温升至920℃并停留60秒，停止加热，随烧结炉自然冷却。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是：所述步骤4的烧结方法为：先预热加温至550℃，然后用55分钟加温升至780℃～820℃并停留20分钟，停止加热，随烧结炉自然冷却。
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