CN105250040A - 缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙及其制备方法，所述种植牙采用二段式结构，基台通过固位螺杆固定在牙根上；所述牙根采用三层结构，牙根中心为用PEEK树脂制成的缓冲层，牙根中心之外为生物活性玻璃陶瓷制成的致密层，牙根表面附有一层生物活性玻璃陶瓷孔隙层，牙根顶面中心在PEEK树脂缓冲层的位置开有和基台相匹配的基台孔，基台孔的下端还设有和固位螺杆相匹配的螺牙孔；所述基台和固位螺杆均采用增强PEEK树脂制成。由于本种植牙结构设计合理，且生物活性玻璃陶瓷成骨速度快、与骨的结合强度高，PEEK树脂生物相容性好，耐水解，断裂韧性高，弹性模量与骨接近，两材料优势互辅，使本种植牙比常规种植牙更好。

Description

缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙

技术领域

本发明涉及一种生物活性玻璃陶瓷种植牙，具体是一种缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙，属于牙科医疗器械技术领域。

背景技术

根据全国高等学校教材《口腔材料学》第229页介绍，生物活性玻璃陶瓷的弯曲强度高达180～200MPa，断裂韧性高达2～2.5MPa·m^1/2，而且当生物活性玻璃陶瓷植入骨内时，有利于与骨形成化学键结合，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%。另据中国发明专利CN201110298735.3《用于骨缺损修复的生物活性玻璃陶瓷材料的制备方法》指出，生物活性玻璃陶瓷材料用于骨缺损修复，生物相容好，抗压强度高，抗溃散性能好。

四川省科学技术委员会于1986年9月19日组织28位专家教授进行鉴定，用50只狗，150只兔进行大量动物试验，结果表明：生物活性玻璃陶瓷成骨速度快，有明显的诱导骨生长的趋势，与骨能产生骨性结合，稳定性好，结合强度高，优于其它人工骨材料，临床应用生物活性玻璃陶瓷对下颌齿槽萎缩患者进行增高手术，使齿槽骨增高6毫米来做全口义齿的固位，使用效果良好，获中国科学院一等奖和国家科技进步二等奖。然而由于种种原因，该项科技成果自鉴定后快30年一直未能成功应用到齿科临床上。

聚醚醚酮（PEEK）树脂是一种韧性和刚性兼备并取得良好平衡的塑料，特别是它对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的，可与合金材料媲美。医用级PEEK树脂具有很好的生物相容性、无细胞毒性、无诱变性、无致癌性，不引起过敏，还具有极强的耐腐蚀、耐水解、耐化学性，而且其具有良好的机械性能，易加工，增强后其弯曲强度可达到335Mpa，耐冲击强度可达到200kgcm/cm。PEEK树脂抗水解性能好，沸水浸泡试验连续浸泡200天，其强度没明显变化，可用做牙科高速轴承保持架，在134℃下能经受3000次高压蒸汽循环灭菌消毒，可作手术器械。由于弹性模量与骨非常接近，其作为植入体植入骨骼后可有效缓解应力遮蔽，骨骼所受应力不完全由植入体承担，骨骼不会发生疏松退化，更健康长久，而且PEEK树脂颜色自然白、光泽美观，目前国际上德国和瑞士等国正在研发其在牙科领域的应用。

因此我们考虑将生物活性玻璃陶瓷和PEEK树脂两种材料组合起来应用，用于制备一种缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙，以更好地推进生物活性玻璃陶瓷和PEEK树脂两种材料在牙科领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙，该种植牙采用生物活性玻璃陶瓷和PEEK树脂两种材料共同制成，其力学性能和生物相容性比常规种植牙更好，骨结合强度也比常规种植牙更高。

本发明种植牙的具体结构为：

一种缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙，其特征是：所述种植牙采用牙根和基台分离的二段式结构，基台通过固位螺杆固定在牙根上；所述牙根采用三层结构，牙根中心为用PEEK树脂制成的缓冲层，牙根中心之外至牙根表面之间为用生物活性玻璃陶瓷制成的致密层，牙根表面附有一层生物活性玻璃陶瓷形成的孔隙层，牙根顶面中心在PEEK树脂缓冲层的位置开有和基台相匹配的基台孔，基台孔的下端还设有和固位螺杆相匹配的螺牙孔；所述基台和固位螺杆均采用增强PEEK树脂制成。

所述牙根由上至下分为颈部、体部和根部三个部分，其中体部和根部设有梯形或三角形外螺纹。

所述孔隙层的厚度为0.1～0.3mm，孔隙层的泡孔孔径为10～220μm，孔隙度为30～60VOL%。

本发明的缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙的基台和固位螺杆采用PEEK树脂制成，力学性能好，牙根与基台连接之处为PEEK树脂制成的缓冲层，可以对基台提供良好的力学缓冲，使基台根部不容易折断，而牙根内部为生物活性玻璃陶瓷形成的致密层，使牙根既有足够的力学性能，又有很好的生物相容性，牙根表面为生物活性玻璃陶瓷形成的孔隙层，使之成为具有生物活性组织的牙根，牙根在植入后其表面能快速与牙槽骨形成骨结合，稳定性好，结合强度高。因此，本缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙结构设计合理，选用材质性能优越，且制备方法简单，各项性能均优于常规种植牙，非常值得大力推广。

附图说明

图1为本发明种植牙的整体结构示意图。

图2为牙根的结构示意图。

图3为基台的结构示意图。

图4为固位螺杆的结构示意图。

图5为牙根不含缓冲层的结构示意图。

图6为根形塞的结构示意图。

图7为根形塞熔合在牙根中心孔的示意图。

图中：1-牙根，1.1-缓冲层，1.2-致密层，1.3-孔隙层，1.4-基台孔，1.5-螺牙孔，1.6-颈部，1.7-体部，1.8-根部，2-基台，3-固位螺杆，4-牙冠。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1～4所示，本缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙包括牙根1和基台2，种植牙采用牙根1和基台2分离的二段式结构，基台2通过固位螺杆3固定在牙根1上；所述牙根1采用三层结构，牙根1中心为用PEEK树脂制成的缓冲层1.1，牙根1中心之外至牙根1表面之间为用生物活性玻璃陶瓷制成的致密层1.2，牙根1表面喷涂有一层生物活性玻璃陶瓷形成的孔隙层1.3，牙根1顶面中心在PEEK树脂缓冲层1.1的位置开有和基台2相匹配的基台孔1.4，基台孔1.4的下端设有和固位螺杆3相匹配的螺牙孔1.5；所述基台2和固位螺杆3均采用PEEK树脂制成。所述牙根1由上至下分为颈部1.6、体部1.7和根部1.8三个部分，其中体部1.7和根部1.8设有梯形或三角形外螺纹。所述孔隙层1.3的厚度为0.1～0.3mm，孔隙层1.3的泡孔孔径为10～220μm，孔隙度为30～60VOL%。

本发明的缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、准备好足量的生物活性玻璃粉料、精制石蜡、医用级PEEK树脂粉、钡玻璃纤维（BGF）、高强度石英纤维。

步骤2、在90重量份粒度为25～35μm的生物活性玻璃粉料中加入10重量份的精制石蜡，加热至70℃搅拌熔合，再退温到45℃，然后将混料挤压到牙根致密层成型模具中，形成牙根致密层胚体。

此步骤采用粒度为25～35μm的小径粒生物活性玻璃粉料主要是为了增高致密层的强度。另外在此步骤中还可以加入0.1～10重量份的硫酸钡粉料和0.1～15重量份的氧化锆粉料，其中硫酸钡粉料用于提高X线阻射性，氧化锆用于增加强度，氧化锆的加入可以使抗压强度提高一倍。

步骤3、将牙根致密层胚体加热至120℃干燥2小时，然后升温到450℃脱蜡4小时，再放入烧结炉中，以950℃在氧化气氛中烧结4小时，自然降温冷却后脱模，形成带中心孔的牙根致密层体。

步骤4、在80重量份粒度为70～100μm的生物活性玻璃粉料中加入20重量份的精制石蜡，加热至70℃，再加入1～2重量份经粉碎的多孔聚乙烯泡沫塑料碎屑，充分搅拌后将此混合熔液喷涂在步骤3得到的牙根致密层体外表，喷涂厚度控制在0.1～0.3mm。

步骤5、将喷涂好的牙根致密层体放入烧结炉中以750～800℃烧结，使喷涂层熔附在牙根致密层体外表，形成孔隙度为30～60VOL%的孔隙层，孔隙层的泡孔直径为10～200μm，冷却后对牙根孔隙层进行精加工修理飞边，开放泡孔，即可得到内层为致密层，表层为孔隙层，并带有中心孔的生物活性玻璃陶瓷牙根，如图5所示。

步骤6、取80重量份的医用级PEEK树脂粉和20～30重量份的钡玻璃纤维，先将钡玻璃纤维经硅烷处理后在160℃下干燥2小时，再加入PEEK树脂粉，升温到350℃熔融后搅拌混合，再经注塑机在400℃的注射温度下注成棒材。在此步骤中，加入钡玻璃纤维是为了增加PEEK树脂棒材的强度和X线阻射性。

步骤7、把步骤6得到的棒材根据牙根中心孔的形状加工成根形塞，如图6所示，将根形塞塞入步骤5所得的生物活性玻璃陶瓷牙根的中心孔中，缓慢加热至300～350℃使根形塞完全熔附，冷却后形成熔合在牙根的中心孔内的PEEK树脂缓冲层，如图7所示，再在缓冲层上加工基台孔，并在基台孔的下端加工螺牙孔。

步骤8、用步骤6得到的棒材根据基台的形状进行加工，形成基台。

步骤9、取80重量份的医用级PEEK树脂粉和20～30重量份的高强度石英纤维，先将石英纤维经硅烷处理后在160℃下干燥2小时，再加入PEEK树脂粉，升温到350℃熔融后搅拌混合，再经注塑机在400℃的注射温度下注成棒材，用此棒材加工成固位螺杆。在此步骤中，加入高强度石英纤维是为了增加PEEK树脂棒材的强度。另外固位螺杆也可以直接采用步骤6得到的棒材进行加工。

在所述步骤1中，生物活性玻璃粉料的制备方法为：取分析纯级原料SiO₂22～42重量份，MgO0.5～7重量份，CaO33～60重量份，P₂O₅11～44重量份，CaF₂0.5～1重量份，B₂O₃0.1～3重量份，将各原料混合均匀，在1450～1500℃下，用铂坩埚熔融成熔体后倒入去离子水中水淬，得到非晶相生物玻璃，然后经干燥、研粉、过筛，得到不同径粒大小等级的生物活性玻璃粉料。

另外还可以将本发明的特殊结构和选材应用到一段式结构的种植牙上，即将牙根和基台做成一体式，牙根还是选用生物活性玻璃陶瓷制作，其内部为致密层，表面为孔隙层；基台用经钡玻璃纤维增强的PEEK树脂制作，并采用直接熔合的方式粘合在牙根的基台孔内。此种结构适合小直径的前牙种植牙。

Claims (7)

1.一种缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙，其特征是：所述种植牙采用牙根（1）和基台（2）分离的二段式结构，基台（2）通过固位螺杆（3）固定在牙根（1）上；所述牙根（1）采用三层结构，牙根（1）中心为用PEEK树脂制成的缓冲层（1.1），牙根（1）中心之外至牙根（1）表面之间为用生物活性玻璃陶瓷制成的致密层（1.2），牙根（1）表面附有一层生物活性玻璃陶瓷形成的孔隙层（1.3），牙根（1）顶面中心在PEEK树脂缓冲层（1.1）的位置开有和基台（2）相匹配的基台孔（1.4），基台孔（1.4）的下端还设有和固位螺杆（3）相匹配的螺牙孔（1.5）；所述基台（2）和固位螺杆（3）均采用增强PEEK树脂制成。

2.根据权利要求1所述的种植牙，其特征是：所述牙根（1）由上至下分为颈部（1.6）、体部（1.7）和根部（1.8）三个部分，其中体部（1.7）和根部（1.8）设有梯形或三角形外螺纹。

3.根据权利要求1所述的种植牙，其特征是：所述孔隙层（1.3）的厚度为0.1～0.3mm，孔隙层（1.3）的泡孔孔径为10～220μm，孔隙度为30～60VOL%。

4.一种如权利要求1所述的缓冲型生物活性玻璃陶瓷种植牙的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、准备好足量的生物活性玻璃粉料、精制石蜡、医用级PEEK树脂粉、钡玻璃纤维、高强度石英纤维；

步骤2、在90重量份粒度为25～35μm的生物活性玻璃粉料中加入10重量份的精制石蜡，加热至70℃搅拌熔合，再退温到45℃，然后将混料挤压到牙根致密层成型模具中，形成牙根致密层胚体；

步骤3、将牙根致密层胚体加热至120℃干燥2小时，然后升温到450℃脱蜡4小时，再放入烧结炉中，以950℃在氧化气氛中烧结4小时，自然降温冷却后脱模，形成带中心孔的牙根致密层体；

步骤4、在80重量份粒度为70～100μm的生物活性玻璃粉料中加入20重量份的精制石蜡，加热至70℃，再加入1～2重量份经粉碎的多孔聚乙烯泡沫塑料碎屑，充分搅拌后将此混合熔液喷涂在步骤3得到的牙根致密层体外表，喷涂厚度控制在0.1～0.3mm；

步骤5、将喷涂好的牙根致密层体放入烧结炉中以750～800℃烧结，使喷涂层熔附在牙根致密层体外表，形成孔隙度为30～60VOL%的孔隙层，孔隙层的泡孔直径为10～200μm，冷却后对牙根孔隙层进行精加工修理飞边，开放泡孔，即可得到内层为致密层，表层为孔隙层，并带有中心孔的生物活性玻璃陶瓷牙根；

步骤6、取80重量份的医用级PEEK树脂粉和20～30重量份的钡玻璃纤维，先将钡玻璃纤维经硅烷处理后在160℃下干燥2小时，再加入PEEK树脂粉，升温到350℃熔融后搅拌混合，再经注塑机在400℃的注射温度下注成棒材；

步骤7、把步骤6得到的棒材根据牙根中心孔的形状加工成根形塞，将根形塞塞入步骤5所得的生物活性玻璃陶瓷牙根的中心孔中，缓慢加热至300～350℃使根形塞完全熔附，冷却后形成熔合在牙根的中心孔内的PEEK树脂缓冲层，再在缓冲层上加工基台孔，并在基台孔的下端加工螺牙孔；

步骤8、用步骤6得到的棒材根据基台的形状进行加工，形成基台；

步骤9、取80重量份的医用级PEEK树脂粉和20～30重量份的高强度石英纤维，先将石英纤维经硅烷处理后在160℃下干燥2小时，再加入PEEK树脂粉，升温到350℃熔融后搅拌混合，再经注塑机在400℃的注射温度下注成棒材，用此棒材加工成固位螺杆。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：在所述步骤1中，生物活性玻璃粉料的制备方法为：取分析纯级原料SiO₂22-42重量份，MgO0.5-7重量份，CaO33-60重量份，P₂O₅11-44重量份，CaF₂0.5-1重量份，B₂O₃0.1-3重量份，将各原料混合均匀，在1450-1500℃下，用铂坩埚熔融成熔体后倒入去离子水中水淬，得到非晶相生物玻璃，然后经干燥、研粉、过筛，得到不同径粒大小等级的生物活性玻璃粉料。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：在所述步骤2中，混合原料还加入0.1～10重量份的硫酸钡粉料和0.1～15重量份的氧化锆粉料。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：所述步骤9的固位螺杆采用步骤6得到的棒材进行加工。