CN105079888A - 镁材料作为口腔gtr或gbr膜材料的应用 - Google Patents

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王勤涛
康帅
杨柯
臧圣奇
万鹏
张玉梅
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Fourth Military Medical University FMMU
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Abstract

本发明涉及镁材料作为口腔GTR或GBR膜材料的应用。所述镁材料可选用镁基合金。无论从原材料价格、还是后期材料的制备等方面，镁均远远低于目前临床上已有GTR/GBR膜的成本，可以降低生产成本以及最终的治疗费用。镁基合金的密度和弹性模量都远高于现有的可吸收性GTR/GBR膜，因此在物理屏障方面要明显优于传统的GTR/GBR膜，可以避免缺损区的GTR/GBR膜塌陷而导致屏障空间作用的丧失。同时，镁基合金材料还具有低免疫原性和抗菌性等优势。

Description

镁材料作为口腔GTR或GBR膜材料的应用
技术领域
本发明涉及口腔GTR或GBR膜材料，具体涉及镁材料作为口腔GTR或GBR膜材料的应用。
背景技术
牙周炎是人类口腔患病率最高、最具破坏性的疾病之一，它通过破坏牙周组织系统的完整性，导致牙周组织的炎症性丧失，继而影响牙齿的咀嚼功能或牙齿能否存留；是成年人牙齿丧失的最主要原因。美国国立卫生研究院NIDCR(NationalInstitutesofHealth,UnitedStates)统计，70岁以上人群中有将近90％患有中等程度以上的牙周病，而我国2005年的第三次全国口腔健康调查报告显示的数据更为严重，表现为患病者的年龄更轻、人群数量更多、失牙数量更大。
目前临床上，引导组织再生(GTR)技术是实现牙周再生的一个主要途径，其中的关键性作用靠的是GTR生物屏障膜，它能保证在组织缺损创面清创后的修复过程中阻隔上皮和纤维结缔组织成分过早进入创面干扰愈合过程，选择性保护牙周膜和牙槽骨等关键性再生组织成分的优先生长。因此，如何提高GTR膜的性能成了牙周再生领域的一个热门和前沿问题。从GTR的概念延伸出来，仅应用于牙槽骨及种植修复方面则相对较为简单，称之为引导骨再生(GBR)。
目前在临床上常见的可吸收性GTR/GBR膜有高分子聚合物类(聚乳酸和聚羟基乙酸等)和生物胶原类，但是因为这些材料本身的结构特点所限，使得现有的可吸收GTR/GBR膜普遍存在着机械强度差的缺陷，难以满足牙周再生所需的空间屏障效果；而高分子材料降解过程中会产生局部的酸性环境以及异物来源等易引起组织炎症和免疫反应等不足。
发明内容
本发明解决的技术问题是现有技术中的GTR/GBR膜存在着的降解速率快，机械强度差，降解后产生的酸性环境易引起炎性反应等缺陷。
本发明提供了镁材料作为GTR/GBR膜材料的应用。
可选的，所述镁材料为镁基合金。
可选的，所述的镁基合金为表面经过微弧氧化涂层处理的镁基合金。
可选的，所述的镁基合金为AZ31镁合金。
可选的，所述的镁基合金的厚度为0.1mm，孔径为10μm。
可选的，所述微弧氧化涂层处理时的电解质包括：NaOH、(NaPO3)6和KF，电压为：250-400V。
本发明的方法具有以下优点及有益效果：
(1)镁是地球中第八丰富的元素，无论从原材料价格、还是后期材料的制备等方面均远远低于目前临床上已有GTR/GBR膜的成本，可以降低生产成本以及最终的治疗费用。
(2)镁基合金的密度和弹性模量都远高于现有的可吸收性GTR/GBR膜，因此在物理屏障方面要明显优于传统的GTR/GBR膜，可以避免缺损区的GTR/GBR膜塌陷而导致屏障空间作用的丧失。
(3)大量的研究已经证明镁离子具有促成骨能力，而单纯传统的GTR/GBR膜则没有该作用，通常需要配合植入骨粉来促进骨再生。
(4)传统的高分子可吸收性GTR/GBR膜在降解过程中会产生酸性的降解产物，会引起局部免疫炎症反应，影响组织的愈合。而镁基合金在降解过程中局部环境呈碱性，不但避免了上述不足还可以起到抗菌作用。
(5)利用微弧氧化涂层处理技术将镁基合金的降解速率控制在临床需要的程度。保证生物安全性的同时，提升GTR/GBR膜的物理屏障作用，达到更好促进牙周组织(包括牙周膜、牙槽骨和牙骨质)再生的效能。
(6)目前临床上最常用的可吸收性GTR/GBR膜为生物胶原膜类，此类产品来源于人类或者动物体内的I型和III型胶原，应用时有潜在的生物免疫排斥和疾病传播风险，而镁基合金则没有，而且镁是人类必需元素之一，人体总含量高达约25g，同时镁离子也可以通过大肠和肾脏代谢保持平衡，所以无需担心其副作用。
附图说明
图1为通过电化学方法检测1天(a)、14天(b)和28天(c)材料在人工模拟体液中的Tafel曲线，通过数据拟合计算出各时间点的腐蚀电流，再通过公式：
降解速率(mm/year)＝(0.00327*EW*Icoor)/d
其汇总Icoor为腐蚀电流(uA/cm2)，d为材料密度，EW＝∑(fiai/ni),fi为元素质量分数，ai为元素电荷数，ni为元素质量，结果显示0.1mm厚的经微弧氧化涂层处理的AZ31镁合金降解时间不少于4周；图(d)为由公式计算得到的降解速率.
图2为各组材料表面的扫描电镜图，其中Mg组为抛光的纯镁；AZ31组为抛光的AZ31镁合金；MAO组为经过微弧氧化涂层处理的AZ31镁合金；其中可见Mg组和AZ31组表面光滑，而MAO组表面呈多孔的疏松状结构。
图3为镁基合金材料抗菌效应实验结果。
图4为制造牙周缺损模型的手术过程。
图5为Micro-CT分析结果，图5(a)为4W时Micro-CT三维重建结果，可见，纯镁组和AZ31组的材料已经降解完全，而MAO组的材料还有大量残留；图5(b)为8W时Micro-CT三维重建结果，其中MAO组的材料也已基本降解完全；可推测纯镁组和AZ31组的降解时间约为4W左右，而MAO组的降解时间为8W左右；图5(c)为Micro-CT新生牙槽骨量分析结果，其中4W和8W时MAO组相对于Bio-Gide组，*代表P<0.05，**代表P<0.01。
图6(a)为各时间点牙周缺损模型组织学观察，HE染色，黑线间距代表新生牙槽骨高度，矩形框为放大区域，三角代表新生牙周膜，可见各组在各时间点均有不同程度的新生牙周膜和牙槽骨，其中以MAO组的牙周组织再生效果最好；图6(b)为4W和8W牙周缺损模型上皮附着区组织学观察(HE染色，X100)，可见各组均有不同程度的上皮组织沿根面向下生长，其之间的差别不大；图6(c)为组织学测量分析结果，*代表P<0.05，**代表P<0.01；通过图6(c)组织学测量可见4W时新生牙槽骨高度和牙周膜虽然没有统计学差异，但是从均值来看各组材料的促牙槽骨和牙周膜生长的能力均不差于Bio-Gide组；从阻挡上皮的作用来看，各材料组的阻挡作用也都均不差于Bio-Gide组；综合来看MAO组更是明显高于Bio-Gide组。
具体实施方式
以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的方案作进一步解释说明。
实施例1：
1)选用纯镁、AZ31镁合金制成0.1mm厚的薄膜；
2)步骤1)三种膜材料经表面抛光后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗30分钟，吹干；
3)制备微弧氧化电解液：去离子水为溶剂，配制成为0.8g/L的NaOH，3.5g/L的(NaPO3)6和8g/L的KF混合液；
4)微弧氧化法制备微纳米多孔涂层：以AZ31镁合金薄膜为阳极，不锈钢为阴极，选择功率为2kW的复合脉冲微弧氧化双极电源，设置电压为360V，工作频率为1000Hz，强度为40％，处理时间5分钟；
5)制备完成后，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗30分钟，吹干；
6)制造比格犬牙周缺损模型，并将纯镁、AZ31镁合金、MAO处理的AZ31镁合金薄膜以及对照的Bio-Gide胶原膜组覆盖于缺损处，待4W和8W时间点时，取材进行Micro-CT观察硬组织修复状况，进一步通过脱钙后组织切片、HE染色进行组织学结构修复效果的定量观察分析。
7)镁和镁基合金材料抗菌效应：实验采用的菌种为中国药品生物制品检定所提供的革兰氏阴性菌大肠杆菌ATCC25922(E.coli)及革兰氏阳性菌ATCC25923(S.aureus)。根据国标GBT16886.5-2003医疗器械生物学评价标准方法进行体外抗菌能力检测，杀菌率(％)＝[(对照材料活菌数-抗菌材料活菌数)/对照材料活菌数]×100。
研究结果显示0.1mm厚的经MAO处理的AZ31镁合金，在体内降解速率为8W左右；而且各组镁基合金的促牙周膜再生和促牙槽骨再生能力均不差于临床上最常用的Bio-Gide胶原膜，说明同Bio-Gide胶原膜一样，各组镁基合金膜均起到了屏障膜作用，并且可能发挥更佳的选择性促进牙周组织再生修复作用。
抗菌实验结果如图3所示，与细菌共培养6h后，Mg和AZ31合金对大肠杆菌(E.coli)与金黄色葡萄球菌(S.aureus)的杀菌率均高达99.9％，显示出了强烈的杀菌能力。

Claims (6)

1.镁材料作为GTR或GBR膜材料的应用。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述镁材料为镁基合金。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的镁基合金为表面经过微弧氧化涂层处理的镁基合金。
4.如权利要求2或3所述的应用，其特征在于，所述的镁基合金为AZ31镁合金。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的镁基合金的厚度为0.1mm；孔径为10μm。
6.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述微弧氧化涂层处理时的电解质包括：NaOH、(NaPO3)6和KF，电压为：250-400V。
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