CN104032291A - 一种在钛种植体表面制备TiSrO3涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在钛种植体表面制备TiSrO3涂层的方法。该方法将纯钛种植体进行喷砂、双重酸处理后，放入含有锶离子的水热溶液中进行水热处理表面改性，种植体表面即可形成一层多级孔洞及纳米级别的突起结构的形貌，表面的含突起层为钛酸锶晶相结构及锐钛矿晶相结构，具有促进成骨细胞和干细胞分化成骨的作用，同时具有良好的润湿性，有广泛的应用价值。

Description

一种在钛种植 体表面制备 TiSrO3 涂层的方法
技术领域
本发明涉及生物活性人工牙根种植体，具体涉及一种在钛种植体表面制备TiSrO3涂层的方法。
背景技术
对于种植体的表面结构，人们作过多种尝试，如机械加工的光滑表面、羟基磷灰石喷涂的粗糙表面，钛浆喷涂的粗糙表面等，经过长期的随访研究。人们已普遍接受粗糙表面带螺纹结构的种植体更有利于骨结合，而且以喷砂酸蚀处理形成的粗糙表面更具优点，它较喷涂形成的粗糙表面更有利于引导成骨细胞趋化，加速骨结合。
瑞典Norbel-pharma公司生产的Branemark种植体和Replace®种植体表面采用TiUnite™ 表面（多孔性的氧化钛结构）或羟基磷灰石涂层（采用喷涂方法），TiUnite™ 表面可促进牙槽骨的骨结合。ITI种植体表面采用的是大颗粒喷砂——酸处理技术形成的多孔的粗糙表面。目前，国际上流行的种植体其表面大部分是中等粗糙度的（Sa约1.0~2.0μm），这种表面骨组织反应强烈，如ITI、TiUnite、Frialit-2、Tioblast等。但是，上述种植体仍存在一些未能解决的技术问题，主要是材料本身不具有促进或诱导成骨功能，当材料植入骨内后，需要较长的时间才能与骨组织形成骨性结合。
在人体骨组织中的羟基磷灰石含有一些阳离子（镁、锌、锶、钠等），其中锶的质量分数约占0.01%，镁约占0.72%，锌约占0.02%，且Sr2+与Ca2+拥有同样的信号通路。研究表明锶元素不仅可以促进胶原蛋白的合成及成骨细胞的增殖、分化，抑制破骨细胞的分化和功能；体内试验表明，锶元素可以促进骨形成、抑制骨吸收，改善骨的微细结构；雷尼酸锶即可以促进成骨细胞的合成代谢又可以抑制破骨细胞的骨吸收，目前已在临床上广泛用于骨质疏松症的治疗。课题组前期实验表明若将羟基磷灰石中掺入锶元素，将具有更好的生物活性，更高的骨诱导能力和更快的生物降解率，更有效得促进骨质疏松患者的骨性结合。但是，掺锶纳米薄层HA涂层在植入骨内时涂层容易脱落，基于上述理由，我们认为在多孔纯钛种植体表面制备含有掺锶纳米突起结构的二氧化钛层也许会具有更好的生物活性。
目前国内外的开发热点主要集中在对种植体的表面改性，使其表面具有生物活性，以诱导骨组织的形成和达到生物化学结合。因此，研究化学活化技术使粗糙钛种植体表面具备掺锶纳米突起结构的亲水表面,使在种植体植入之初即能吸附血液中的多种蛋白成分以及释放锶离子,也许可以加快骨性结合的进程。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在钛种植体表面制备TiSrO3涂层的方法，从而使纯钛牙种植体可以促进新骨形成、缩短愈合时间，进而达到即刻种植、即刻负载恢复功能的理想效果。
本发明的目的通过以下技术方案来实现的：一种在钛种植体表面制备TiSrO3涂层的方法，包括以下步骤：
（1）钛种植体预处理：钛种植体表面经金刚砂喷砂，压力为4bar，再依次置于丙酮、体积百分比为75％的乙醇、蒸馏水中超声清洗，干燥；用2.75M HF和3.94M HNO3的混合水溶液处理2min，双蒸水冲洗，干燥；再用18wt％HCl和48wt%H2SO4的混合水溶液80℃处理30min，双蒸水冲洗，干燥；
（2）水热溶液的配制：
Sr(OH)2溶液配制：以蒸馏水为溶剂，Sr(OH)2·8H2O为溶质，配制0.02M-0.03M Sr(OH)2溶液；
SrCl2溶液配制：以蒸馏水为溶剂，CaCl2、(NH4)2H2PO4、SrCl2·6H2O为溶质，其中CaCl2的浓度为 3.6×10−4 M，SrCl2·6H2O的浓度为1.9×10−5M-1.55×10−4 M，CaCl2和SrCl2·6H2O的物质的量之和与(NH4)2H2PO4是的物质的量的比值为1.67；
（3）将步骤1预处理后的钛种植体置于水热反应釜中，水热反应釜中装有步骤2制备得到的Sr(OH)2溶液或SrCl2溶液，钛种植体浸没于溶液中，将反应釜密封后在120℃-220℃水热反应8h-20h；
（4）水热反应结束后室内自然降温至25℃，双蒸水冲洗，干燥，在钛种植体表面得到具有生物活性的TiSrO3涂层。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果：
（1）所得到的TiSrO3涂层，要比羟基磷灰石涂层与钛基底结合更牢固。
（2）该涂层具有特殊的纳米级颗粒形貌，大大提高了材料自身的比表面积，有效增加了骨细胞在涂层表面吸附、增值与分化的面积。
（3）所制备的TiSrO3涂层结合了纳米级与微米级的双重优点。该涂层在体外实验中可长期释放锶离子，因此在种植体植入期间全程并长期调控生物反应。
（4）该钛金属氧化层掺锶涂层具有优越的浸润性，易于骨细胞对涂层的吸附，并进一步分化、增殖。
（5）该涂层制备过程中各参数可微调节（温度、浓度、作用时间），容易操作。
附图说明
图1（a）是实施例1所得的钛氧化层掺锶涂层的扫描电镜照片；（b）是（a）的放大图；
图2（a）是实施例2所得的钛氧化层掺锶涂层的扫描电镜照片；（b）是（a）的放大图；
图3（a）是实施例3所得的钛氧化层掺锶涂层的扫描电镜照片；（b）是（a）的放大图；
图4（a）是实施例4所得的钛氧化层掺锶涂层的扫描电镜照片；（b）是（a）的放大图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种在钛种植体表面制备TiSrO3涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）钛种植体预处理：钛种植体表面经金刚砂喷砂，压力为4bar，再依次置于丙酮、体积百分比为75％的乙醇、蒸馏水中超声清洗，干燥；用2.75M HF和3.94M HNO3的混合水溶液处理2min，双蒸水冲洗，干燥；再用18wt％HCl和48wt%H2SO4的混合水溶液80℃处理30min，双蒸水冲洗，干燥；
（2）水热溶液的配制：
Sr(OH)2溶液配制：以蒸馏水为溶剂，Sr(OH)2·8H2O为溶质，配制0.02MSr(OH)2溶液；
（3）将步骤1预处理后的钛种植体置于水热反应釜中，水热反应釜中装有步骤2制备得到的Sr(OH)2溶液，钛种植体浸没于溶液中，将反应釜密封后在120℃水热反应8h；
（4）水热反应结束后室内自然降温至25℃，双蒸水冲洗，干燥，在钛种植体表面得到具有生物活性的TiSrO3涂层。如图1所示。
实施例2
一种在钛种植体表面制备TiSrO3涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）钛种植体预处理：钛种植体表面经金刚砂喷砂，压力为4bar，再依次置于丙酮、体积百分比为75％的乙醇、蒸馏水中超声清洗，干燥；用2.75M HF和3.94M HNO3的混合水溶液处理2min，双蒸水冲洗，干燥；再用18wt％HCl和48wt%H2SO4的混合水溶液80℃处理30min，双蒸水冲洗，干燥；
（2）水热溶液的配制：
SrCl2溶液配制：以蒸馏水为溶剂，CaCl2、(NH4)2H2PO4、SrCl2·6H2O为溶质，其中CaCl2的浓度为 3.6×10−4 M，SrCl2·6H2O的浓度为1.9×10−5M，CaCl2和SrCl2·6H2O的物质的量之和与(NH4)2H2PO4是物质的量的比值为1.67；
（3）将步骤1预处理后的钛种植体置于水热反应釜中，水热反应釜中装有步骤2制备得到的SrCl2溶液，钛种植体浸没于溶液中，将反应釜密封后在220℃水热反应8h；
（4）水热反应结束后室内自然降温至25℃，双蒸水冲洗，干燥，在钛种植体表面得到具有生物活性的TiSrO3涂层。如图2所示。
实施例3
一种在钛种植体表面制备TiSrO3涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）钛种植体预处理：钛种植体表面经金刚砂喷砂，压力为4bar，再依次置于丙酮、体积百分比为75％的乙醇、蒸馏水中超声清洗，干燥；用2.75M HF和3.94M HNO3的混合水溶液处理2min，双蒸水冲洗，干燥；再用18wt％HCl和48wt%H2SO4的混合水溶液80℃处理30min，双蒸水冲洗，干燥；
（2）水热溶液的配制：
Sr(OH)2溶液配制：以蒸馏水为溶剂，Sr(OH)2·8H2O为溶质，配制0.03M Sr(OH)2溶液；
（3）将步骤1预处理后的钛种植体置于水热反应釜中，水热反应釜中装有步骤2制备得到的Sr(OH)2溶液，钛种植体浸没于溶液中，将反应釜密封后在120℃水热反应20h；
（4）水热反应结束后室内自然降温至25℃，双蒸水冲洗，干燥，在钛种植体表面得到具有生物活性的TiSrO3涂层。如图3所示。
实施例4
一种在钛种植体表面制备TiSrO3涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）钛种植体预处理：钛种植体表面经金刚砂喷砂，压力为4bar，再依次置于丙酮、体积百分比为75％的乙醇、蒸馏水中超声清洗，干燥；用2.75M HF和3.94M HNO3的混合水溶液处理2min，双蒸水冲洗，干燥；再用18wt％HCl和48wt%H2SO4的混合水溶液80℃处理30min，双蒸水冲洗，干燥；
（2）水热溶液的配制：
SrCl2溶液配制：以蒸馏水为溶剂，CaCl2、(NH4)2H2PO4、SrCl2·6H2O为溶质，其中CaCl2的浓度为 3.6×10−4 M，SrCl2·6H2O的浓度为1.55×10−4 M，CaCl2和SrCl2·6H2O的物质的量之和与(NH4)2H2PO4是物质的量的比值为1.67；
（3）将步骤1预处理后的钛种植体置于水热反应釜中，水热反应釜中装有步骤2制备得到的SrCl2溶液，钛种植体浸没于溶液中，将反应釜密封后在120℃水热反应20h；
（4）水热反应结束后室内自然降温至25℃，双蒸水冲洗，干燥，在钛种植体表面得到具有生物活性的TiSrO3涂层。如图4所示。
上述实施例用来说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种在钛种植体表面制备TiSrO3涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）钛种植体预处理：钛种植体表面经金刚砂喷砂，压力为4bar，再依次置于丙酮、体积百分比为75％的乙醇、蒸馏水中超声清洗，干燥；用2.75M HF和3.94M HNO3的混合水溶液处理2min，双蒸水冲洗，干燥；再用18wt％HCl和48wt%H2SO4的混合水溶液80℃处理30min，双蒸水冲洗，干燥；
（2）水热溶液的配制：
Sr(OH)2溶液配制：以蒸馏水为溶剂，Sr(OH)2·8H2O为溶质，配制0.02M-0.03M Sr(OH)2溶液；
SrCl2溶液配制：以蒸馏水为溶剂，CaCl2、(NH4)2H2PO4、SrCl2·6H2O为溶质，配置溶液；溶液中CaCl2的浓度为 3.6×10−4 M，SrCl2·6H2O的浓度为1.9×10−5 M-1.55×10−4 M，CaCl2和SrCl2·6H2O的物质的量之和与(NH4)2H2PO4的物质的量的比值为1.67；
（3）将步骤1预处理后的钛种植体置于水热反应釜中，水热反应釜中装有步骤2制备得到的Sr(OH)2溶液或SrCl2溶液，钛种植体浸没于溶液中，将反应釜密封后在120℃-220℃水热反应8h-20h；
（4）水热反应结束后室内自然降温至25℃，双蒸水冲洗，干燥，在钛种植体表面得到具有生物活性的TiSrO3涂层。
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