CN104706433B - 一种表面多孔生物活性种植体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表面多孔生物活性种植体；所述种植体是由头部、中部、尾部三段结构沿纵轴线方向组成的可分式组合体，所述头部是与修复基台连接的连接结构，中部是由3D打印而成的多孔套管，尾部是螺栓结构；所述头部和尾部是机械加工而成的；解决了采用传统3D打印种植体存在机械强度不高，装配精度无法满足实际需要、制造成本高等问题；机械强度高、加工过程简单、制造成本低。

Description

一种表面多孔生物活性种植体
技术领域
本发明属于医用生物植入材料领域，具体涉及一种表面多孔生物活性种植体。
背景技术
钛及钛合金材料用于人体植入物已经有30多年历史，现在也是最主要的骨科植入物、口腔科植入物等材料。钛及钛合金作为植入材料，特别是永久性植入材料如人工关节、人工椎间盘、牙种植体等，必须使人体组织和金属植入物表面发生直接作用，才能使植入物与周围组织融合，并形成良好的骨性结合。随着生物医学工程和表面处理技术的发展，通过各种现代技术手段对钛及钛合金表面改性，可大幅改善植入材料的生物相容性、生物活性、抗腐蚀能力等。常规的处理方法一般包括：阳极氧化、喷涂技术、喷砂-酸蚀处理、碱处理、热处理等。
在中国专利200610136835.5“一种多孔结构钛种植体及制备方法”中对多孔外层进行碱热处理，仿生沉积羟基磷灰石，中国专利200710016777.7“一种高生物活性表面多孔种植体复合材料制备方法”中提供了生物相容性好，骨牢固结合，骨内愈合期短的种植体材料，中国专利200410062209.1“在纯钛牙种植体表面制备具有生物活性多孔结构的方法”可以实现紧密的生物化学结合，提高牙种植体的临床成功率。但是采用传统3D打印种植体存在机械强度不高，装配精度无法满足实际需要、制造成本高等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械强度高、加工过程简单、制造成本低的表面多孔生物活性种植体。
实现本发明目的的技术方案是一种表面多孔生物活性种植体；所述种植体是由头部、中部、尾部三段结构沿纵轴线方向组成的可分式组合体，所述头部是与修复基台连接的连接结构，中部是由3D打印而成的多孔套管，尾部是螺栓结构；所述头部和尾部是机械加工而成的。
优选的所述连接结构的外表面是螺纹段，所述多孔套管的外表面环形阵列地分布有通孔，螺栓结构是带有自攻槽的锥形体，所述头部、中部、尾部是通过限位螺栓固定连接成组合体，对组合体外表面进行喷砂-酸蚀的表面处理。
优选的种植体外径是2-7mm，所述螺纹段长度是1-8mm，多孔套管长度是2-12mm，螺栓结构长度是1-6mm，所述通孔的孔径为50-300微米；3D打印所用的纯钛粉或钛合金粒径为1-100微米，惰性气体是氮气或氩气，扫描速度为100微米/秒-7米/秒，光斑的直径为5-200微米。
优选的当螺纹段长度是3.5mm，多孔套管长度是4.5mm，螺栓结构长度是2mm，通孔的孔径是100微米，钛粉的粒径是10-30微米，惰性气体是氮气，扫描速度是500mm/s,光斑直径是30微米时；对得到的Φ4.1mm×10mm组合体进行表面处理的喷砂压力是0.4bar,白刚玉砂粒径是0.35mm，用浓度为55%的硫酸和浓度为15%的盐酸的混合酸进行酸蚀，酸蚀温度为80℃，时间为10min。
优选的当螺纹段长度是4mm，多孔套管长度是4mm，螺栓结构长度是2mm，通孔的孔径是100微米，钛粉的粒径是10-30微米，惰性气体是氮气，扫描速度是1m/s,光斑直径是20微米时；对得到的Φ3.3mm×10mm组合体进行表面处理的喷砂压力是0.3bar,白刚玉砂粒径是0.35mm，用浓度为55%的硫酸和浓度为15%的盐酸的混合酸进行酸蚀，酸蚀温度为80℃，时间为10min。
本发明具有积极的效果：（1）种植体和传统机械加工的种植体具有相似的疲劳强度，而比全3D打印的疲劳强度高出了35%左右，装配精度满足实际需要且制造成本低。
（2）多孔套管采用三维打印技术简单高效，加工工艺过程简单，能够进行个性化定制种植体。
（3）这种种植体可以提高纯钛植入物的生物活性，加快种植体表面的骨沉积，缩短组织愈合时间；且具有更好的骨结合强度。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为一种表面多孔生物活性种植体的结构示意图；
图2为多孔套管的结构示意图；
1是头部，2是中部，3是尾部，20是多孔套管，30是螺栓结构，10是螺纹段，21是通孔
具体实施方式
加工Φ3.3mm×10mm的种植体步骤如下：螺纹段10长度是4mm，连接螺杆长度为6mm，多孔套管20长度是4mm，螺栓结构30长度是2mm，依据实际的种植体长度确定螺纹段长度是4mm，但多孔套管20长度需要依据加工的种植体长度确定，因此螺栓结构30长度是2mm；通孔21的孔径是100微米，孔圆心直径的距离为150微米，钛粉的粒径是10-30微米，惰性气体是氮气，扫描速度是1m/s,光斑直径是20微米；将头部1、中部2、尾部3通过四方限位螺栓固定连接；再对得到的Φ3.3mm×10mm组合体进行表面处理的喷砂压力是0.3bar,白刚玉砂粒径是0.35mm，用浓度为55%的硫酸和浓度为15%的盐酸的混合酸进行酸蚀，酸蚀温度为80℃，时间为10min。
其中多孔套管20的表面有羟基磷灰石涂层，对种植体进行表面处理以利于喷砂-酸蚀，碱热处理，羟基磷灰石涂层除了仿生矿化，还可以通过电化学沉积、磁控溅射、等离子喷涂、溶胶-凝胶法等方法制得。
所述种植体是由氧化锆和\或氧化铝的陶瓷材料制成。
将Φ3.3mm×10mm种植体与全3D打印的Φ3.3mm×10mm种植体进行和传统的全机加工的Φ3.3mm×10mm种植体，进行疲劳试验对比，本结构的种植体基台配合的基台疲劳强度为225N，500万次循环，采用全3D打印的种植体疲劳强度仅为155N，500万次循环，传统机加工的种植体为227N，500万次循环。本技术加工的种植体和传统机加工的种植体具有相似的疲劳强度，而比全3D打印的疲劳强度高出了35%左右。
将本技术加工的Φ3.3mm×10mm种植体与传统的纯机械加工的种植体进行动物时间比较，其植入试验小狗各时间段的骨结合强度如下：
由表中结果可以看出，各时间期间的结合强度提高了20-25%，可见本技术加工的种植体具有更好的骨结合强度。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种表面多孔生物活性种植体，其特征在于：所述种植体是由头部(1)、中部(2)、尾部(3)三段结构沿纵轴线方向组成的可分式组合体，所述头部(1)是与修复基台连接的连接结构，中部(2)是由3D打印而成的多孔套管(20)，尾部(3)是螺栓结构(30)；所述头部(1)和尾部(3)是机械加工而成的；所述头部(1)、中部(2)、尾部(3)是通过限位螺栓固定连接成组合体。
2.根据权利要求1所述的表面多孔生物活性种植体，其特征在于：所述连接结构的外表面是螺纹段(10)，所述多孔套管(20)的外表面环形阵列地分布有通孔(21)，螺栓结构(30)是带有自攻槽的锥形体，对组合体外表面进行喷砂-酸蚀的表面处理。
3.根据权利要求2所述的表面多孔生物活性种植体，其特征在于：种植体外径是2-7mm，所述螺纹段(10)长度是1-8mm，多孔套管(20)长度是2-12mm，螺栓结构(30)长度是1-6mm，所述通孔(21)的孔径为50-300微米；3D打印所用的纯钛粉或钛合金粒径为1-100微米，惰性气体是氮气或氩气，扫描速度为100微米/秒-7米/秒，光斑的直径为5-200微米。
4.根据权利要求3所述的表面多孔生物活性种植体，其特征在于：当螺纹段(10)长度是3.5mm，多孔套管(20)长度是4.5mm，螺栓结构(30)长度是2mm，通孔(21)的孔径是100微米，钛粉的粒径是10-30微米，惰性气体是氮气，扫描速度是500mm/s,光斑直径是30微米时；对得到的Φ4.1mm×10mm组合体进行表面处理的喷砂压力是0.4bar,白刚玉砂粒径是0.35mm，用浓度为55％的硫酸和浓度为15％的盐酸的混合酸进行酸蚀，酸蚀温度为80℃，时间为10min。
5.根据权利要求3所述的表面多孔生物活性种植体，其特征在于：当螺纹段(10)长度是4mm，多孔套管(20)长度是4mm，螺栓结构(30)长度是2mm，通孔(21)的孔径是100微米，钛粉的粒径是10-30微米，惰性气体是氮气，扫描速度是1m/s,光斑直径是20微米时；对得到的Φ3.3mm×10mm组合体进行表面处理的喷砂压力是0.3bar,白刚玉砂粒径是0.35mm，用浓度为55％的硫酸和浓度为15％的盐酸的混合酸进行酸蚀，酸蚀温度为80℃，时间为10min。
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