CN106073916B - 可控式膨胀型生物活性玻璃陶瓷种植牙的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可控式膨胀型生物活性玻璃陶瓷种植牙，其牙根和基台以及连接螺杆均采用钡玻璃纤维和PEEK树脂的复合材料制成，且牙根外围表面用PEEK树脂熔粘一层不易吸收的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉层，牙根内部支架与其表面的生物活性玻璃陶瓷层能形成良好结合，且本种植牙的韧性和抗疲劳性强，长时间使用也不会发生折断现象。另外本种植牙牙根下部剖成两瓣，在牙槽窝根部属于松质骨的情况下，可以进一步向下拧入连接螺杆，把牙根根尖撑开，使之向外膨胀，从而增加骨密度和加强初期稳定性，可控性好。本种植牙的设计结构合理，制备方法简单，适合工业化大批量连续生产，成本比钛种植牙大幅度下降。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物活性玻璃陶瓷种植牙，具体是一种可控式膨胀型生物活性玻璃陶瓷种植牙及其制备方法，属于牙科医疗器械技术领域。
背景技术
我国光电研究所黄占杰教授在30年前已经研究出生物相容性比羟基磷灰石（HA）更好的生物活性玻璃陶瓷（BGC）人工骨材料，而后在鉴定时，华西口腔医科大学又做了大量的动物试验和257例临床病例，如拔牙窝洞的充填及萎缩牙槽骨的增高等，都取得了成功。生物活性玻璃陶瓷植入8周后与骨的结合强度要比同期植入的羟基磷灰石（HA）与骨的结合强度高出20%。生物活性玻璃陶瓷人工骨比羟基磷灰石人工骨不易被组织吸收、强度高，而且它是目前唯一一种既能与骨组织结合又能和软组织连接的人工生物材料，可用于人体软硬组织的修复和替换。比如种植牙手术中当牙槽窝因骨量不足有裂口时，使用生物活性玻璃陶瓷种植牙可以修复替代缺口。另外生物活性玻璃陶瓷种植牙在做CT和核磁共震MRI时没有伪影，颜色和牙本质相近，没有影响美观的黑色。生物活性玻璃陶瓷的配方有许多，其基本组成是SiO2、P2O5、B2O3、CaO、MgO、CaF2，有的还加入了SrO、ZnO、Ag2O，以增加硬度、强度和抗菌性能。
然而，生物陶瓷喷涂种植牙早期都选用金属钛作为内部支架材料，金属钛的膨胀系数与生物活性玻璃陶瓷相差太大，内部支架与涂层的结合度不好，因此带生物陶瓷涂层的钛种植牙在实用中一直存在争议。从1993年起，我们一直在做生物活性玻璃陶瓷涂层和钛种植牙相结合的临床研究，研究发现钛种植牙经过热涂层之后会变脆，数年之后折断的比例加大，所以多年来我们一直在致力于寻找一种韧性和刚性兼备的材料作为内部支架材料。
聚醚醚酮（PEEK）树脂是一种具有高强度、高断裂韧性的塑料，其耐疲劳性可与合金媲美。PEEK树脂用20%的玻璃纤维复合后，其抗弯模量、冲击强度、拉伸强度和弯曲强度均可大大提高。用PEEK树脂和玻璃纤维、碳竹纤维复合制成的支架材料在80年代初已由英国ICI公司开发并商品化，15年前PEEK树脂已通过FDA、ISO13485、ISO9001认证作为外科植入材料，我国也在2008年发布了YY/T0660-2008《外科植入物用聚醚醚酮（PEEK）聚合物的标准规范》，现在PEEK树脂在临床上多用于髋关节置换、骨钉、椎间融合器等。经我们研究发现，PEEK树脂与钡玻璃纤维复合除了能阻射X射线外，还能提高PEEK树脂的弹性模量和硬度，降低材料的热膨胀系数，调整钡玻璃纤维的比例还可以使复合材料的弹性模量和膨胀系数尽可能与人体骨骼相近，同时也能和生物活性玻璃陶瓷的特性相匹配，其韧性和耐疲劳可靠性好，不用再担心会有折断。因此，我们选用钡玻璃纤维和PEEK树脂复合材料作为生物活性玻璃陶瓷喷涂种植牙的内部支架材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种可控式膨胀型生物活性玻璃陶瓷种植牙，以解决现有带有人工骨涂层的钛种植牙存在的涂层结合度不好和内部支架耐疲劳可靠性差的问题。
本发明种植牙的具体结构为：
一种可控式膨胀型生物活性玻璃陶瓷种植牙，包括牙根和基台，牙根和基台为可分离的二段式结构；所述牙根顶面中心设有基台连接孔，基台连接孔的下端连接螺纹孔，螺纹孔的下端连接倒锥形孔，倒锥形孔的锥尖开至牙根的底面，另外在牙根的下半部还设有一条倒水滴形剖切线将牙根的根尖分成两瓣；所述基台中心设有全牙螺纹通孔，基台下部的基桩插入牙根的基台连接孔内，连接螺杆从基台中心的全牙螺纹通孔穿过且连接螺杆的下端连接至牙根的螺纹孔内，使基台固定连接在牙根上；牙冠套接在基台上，牙冠通过上部的牙冠固位螺钉向下连接至基台中心的全牙螺纹通孔内进行压紧固位；所述牙根和基台采用钡玻璃中短纤维和PEEK树脂的复合材料制成，且牙根在其外围表面上用PEEK树脂熔粘一层生物活性玻璃陶瓷人工骨粉层；所述连接螺杆和牙冠固位螺钉采用钡玻璃连续纤维和PEEK树脂的复合材料制成。
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三角外螺纹，螺距为1.2mm，牙高为0.35mm，牙根表面的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉层的厚度为0.1～0.4mm。
所述基台连接孔为六角倒锥形孔，锥度为8°，基台的基桩与基台连接孔的形状相匹配。
本发明种植牙的牙根和基台以及连接螺杆均采用钡玻璃纤维和PEEK树脂的复合材料制成，且牙根外围表面用PEEK树脂熔粘一层生物活性玻璃陶瓷人工骨粉层，通过调整复合材料的比例，可使复合材料的弹性模量和膨胀系数与人体骨骼相近，同时也能和生物活性玻璃陶瓷的特性相匹配，因此牙根内部支架与其表面的生物活性玻璃陶瓷层能形成良好结合，且本种植牙的韧性和抗疲劳性强，长时间使用也不会发生折断现象。另外本种植牙牙根下部剖成两瓣，在牙槽窝根部属于松质骨的情况下，可以进一步向下拧入连接螺杆，把牙根根尖撑开，使之向外膨胀，从而增加骨密度和加强初期稳定性，可控性好。本种植牙为无金属种植牙，除了正常种植之外还可以用作前牙不露金属色的美观牙种植和即刻种植，以及早期修复受力。本种植牙的设计结构合理，制备方法简单，适合工业化大批量连续生产，成本比钛种植牙大幅度下降。
附图说明
图1为本发明种植牙的整体结构示意图。
图2为牙根根尖被连接螺杆撑开时的示意图。
图3为牙根的结构示意图。
图4为基台的结构示意图。
图5为连接螺杆的结构示意图。
图6为牙冠固位螺钉的结构示意图。
图中：1-牙根，1.1-基台连接孔，1.2-螺纹孔，1.3-倒水滴形剖切线，1.4-三角外螺纹，1.5-倒锥形孔，1.6-牙根颈部，1.7-牙根体部，1.8-牙根根部，2-基台，2.1-全牙螺纹通孔，2.2-基桩，3-连接螺杆，4-牙冠固位螺钉，5-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1～6所示，本发明的可控式膨胀型生物活性玻璃陶瓷种植牙包括牙根1和基台2，牙根1和基台2为可分离的二段式结构；所述牙根1顶面中心设有基台连接孔1.1，基台连接孔1.1的下端连接螺纹孔1.2，螺纹孔1.2的下端连接倒锥形孔1.5，倒锥形孔1.5的锥尖开至牙根1的底面，另外在牙根1的下半部还设有一条倒水滴形剖切线1.3将牙根1的根尖分成两瓣；所述基台2中心设有全牙螺纹通孔2.1，基台2下部的基桩2.2插入牙根1的基台连接孔1.1内，连接螺杆3从基台2中心的全牙螺纹通孔2.1穿过且连接螺杆3的下端连接至牙根1的螺纹孔1.2内，使基台2固定连接在牙根1上；牙冠5套接在基台2上，牙冠5通过上部的牙冠固位螺钉4向下连接至基台2中心的全牙螺纹通孔2.1内进行压紧固位；所述牙根1和基台2采用钡玻璃中短纤维和PEEK树脂的复合材料制成，且牙根1在其外围表面上用PEEK树脂熔粘一层生物活性玻璃陶瓷人工骨粉层；所述连接螺杆3和牙冠固位螺钉4采用钡玻璃连续纤维和PEEK树脂的复合材料制成。
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设有三角外螺纹，螺距为1.2mm，牙高为0.35mm，牙根1表面的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉层的厚度为0.1～0.4mm。所述基台连接孔1.1为六角倒锥形孔，锥度为8°，基台2的基桩2.2与基台连接孔1.1的形状相匹配。
本发明的可控式膨胀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：准备好足量的钡玻璃中短纤维、钡玻璃连续纤维、医用级纯PEEK树脂、生物活性玻璃粉料、甲基丙稀酸树脂粉料。
步骤2：取20～30重量份的2～5mm长的钡玻璃中短纤维与70～80重量份的医用级纯PEEK树脂进行复合，并压制成φ4～φ10mm的复合棒材，用此复合棒材经CAD/CAM机加工形成人工牙根初胚和基台。
在本步骤中，所述复合棒材也可以采用高强度石英纤维加钡玻璃粉与医用级PEEK树脂进行复合并压制成型。
步骤3：取30～40重量份的钡玻璃连续纤维与60～70重量份的医用级纯PEEK树脂进行复合，并压制成φ3mm的复合棒材，用此复合棒材经CAD/CAM机加工形成连接螺杆和牙冠固位螺钉。
步骤4：称取50重量份的生物活性玻璃粉料加入20～30重量份的水或聚乙烯醇粘性溶液中，再加入20重量份的粒度为10～20μm的甲基丙稀酸树脂粉料作为造孔剂并充分搅拌均匀，然后缓慢升温至120℃干燥2小时，再以3℃/分钟的速度升温到950℃并在氧化气氛中烧结4小时，自然降温，即得中心有细孔的生物活性玻璃陶瓷人工骨，人工骨再经粉碎筛选后得到粒度为25～50μm的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉。
步骤5：取60重量份生物活性玻璃陶瓷人工骨粉和40重量份的医用级纯PEEK树脂加热到350℃熔化并充分混合均匀形成人工骨粉胶，再喷涂在人工牙根初胚外围螺纹表面上，喷涂厚度为100～400μm。
在本步骤中，也可以将生物活性玻璃陶瓷人工骨粉和纯医用级PEEK树脂粉混合均匀后，用静电涂覆的方式将混合粉末涂覆在人工牙根初胚外围螺纹表面上，涂覆厚度为100～400μm。
步骤6：将外围涂有人工骨粉胶的人工牙根初胚用CAD/CAM机进行精加工修理外螺纹。
步骤7：将步骤6加工好的人工牙根放入浓硫酸中，酸蚀1～3分钟溶掉表层PEEK树脂，具体酸蚀时间以人工牙根表面裸露出生物活性玻璃陶瓷人工骨粉为限，即完成以PEEK树脂复合玻璃纤维为内部支架材料且外围熔粘有一层生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的人工牙根。
浓硫酸酸蚀1分钟可以溶掉约30μm厚的PEEK树脂层，以裸露人工骨粉为主，酸蚀时间看具体情况而定。可以增加1～2分钟以充分裸露为主，过度酸蚀会导致人工骨粉粘接不牢。
步骤8：将酸蚀处理过的人工牙根用牙科压力蒸汽清洗器进行清洗，再用超声震动仪洗去人工牙根表面结合不稳定的人工骨粉，然后消毒备用。
上述步骤5～8也可采用以下步骤进行替代：
步骤a：先将步骤2所得的人工牙根初胚用CAD/CAM机进行精加工，车制外螺纹，然后取医用级纯PEEK树脂加热至350℃熔化成流动的胶液，均匀喷涂在人工牙根的螺纹部位，喷涂厚度为100～200μm。
步骤b：用步骤4所得的粒度为25～30μm的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉在280～300℃条件下以喷砂的方式喷涂，使人工牙根的螺纹部位表面上布满一层人工骨粉，再在真空条件下加热至250℃保持2小时，让人工骨粉和PEEK树脂胶充分浸润，形成良好的粘合，进而沉积形成一层牢固的生物活性陶瓷人工骨粉层。
PEEK复合材热变形温度高达315℃，在加热至250℃的情况也不会发生变形。
步骤c：取牙科用压力蒸汽清洗器清除人工牙根表面结合不稳的人工骨粉，然后消毒备用。
Claims (3)
1.一种可控式膨胀型生物活性玻璃陶瓷种植牙的制备方法，所述种植牙包括牙根（1）和基台（2），牙根（1）和基台（2）为可分离的二段式结构；所述牙根（1）顶面中心设有基台连接孔（1.1），基台连接孔（1.1）的下端连接螺纹孔（1.2），螺纹孔（1.2）的下端连接倒锥形孔（1.5），倒锥形孔（1.5）的锥尖开至牙根（1）的底面，另外在牙根（1）的下半部还设有一条倒水滴形剖切线（1.3）将牙根（1）的根尖分成两瓣；所述基台（2）中心设有全牙螺纹通孔（2.1），基台（2）下部的基桩（2.2）插入牙根（1）的基台连接孔（1.1）内，连接螺杆（3）从基台（2）中心的全牙螺纹通孔（2.1）穿过且连接螺杆（3）的下端连接至牙根（1）的螺纹孔（1.2）内，使基台（2）固定连接在牙根（1）上；牙冠（5）套接在基台（2）上，牙冠（5）通过上部的牙冠固位螺钉（4）向下连接至基台（2）中心的全牙螺纹通孔（2.1）内进行压紧固位；所述牙根（1）和基台（2）采用钡玻璃中短纤维和PEEK树脂的复合材料制成，且牙根（1）在其外围表面上用PEEK树脂熔粘一层生物活性玻璃陶瓷人工骨粉层；所述连接螺杆（3）和牙冠固位螺钉（4）采用钡玻璃连续纤维和PEEK树脂的复合材料制成；
所述种植牙的制备方法的特征在于包括以下步骤：
步骤1：准备好足量的钡玻璃中短纤维、钡玻璃连续纤维、医用级纯PEEK树脂、生物活性玻璃粉料、甲基丙稀酸树脂粉料；
步骤2：取20～30重量份的2～5mm长的钡玻璃中短纤维与70～80重量份的医用级纯PEEK树脂进行复合，并压制成φ4～φ10mm的复合棒材，用此复合棒材经CAD/CAM机加工形成人工牙根初胚和基台；
步骤3：取30～40重量份的钡玻璃连续纤维与60～70重量份的医用级纯PEEK树脂进行复合，并压制成φ3mm的复合棒材，用此复合棒材经CAD/CAM机加工形成连接螺杆和牙冠固位螺钉；
步骤4：称取50重量份的生物活性玻璃粉料加入20～30重量份的水或聚乙烯醇粘性溶液中，再加入20重量份的粒度为10～20μm的甲基丙稀酸树脂粉料作为造孔剂并充分搅拌均匀，然后缓慢升温至120℃干燥2小时，再以3℃/分钟的速度升温到950℃并在氧化气氛中烧结4小时，自然降温，即得中心有细孔的生物活性玻璃陶瓷人工骨，人工骨再经粉碎筛选后得到粒度为25～50μm的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉；
步骤5：取60重量份生物活性玻璃陶瓷人工骨粉和40重量份的医用级纯PEEK树脂加热到350℃熔化并充分混合均匀形成人工骨粉胶，再喷涂在人工牙根初胚外围螺纹表面上，喷涂厚度为100～400μm；
步骤6：将外围涂有人工骨粉胶的人工牙根初胚用CAD/CAM机进行精加工修理外螺纹；
步骤7：将步骤6加工好的人工牙根放入浓硫酸中，酸蚀1～3分钟溶掉表层PEEK树脂，具体酸蚀时间以人工牙根表面裸露出生物活性玻璃陶瓷人工骨粉为限，即完成以PEEK树脂复合玻璃纤维为内部支架材料且外围熔粘有一层生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的人工牙根；
步骤8：将酸蚀处理过的人工牙根用牙科压力蒸汽清洗器进行清洗，再用超声震动仪洗去人工牙根表面结合不稳定的人工骨粉，然后消毒备用。
2.根据权利要求1所述的可控式膨胀型生物活性玻璃陶瓷种植牙的制备方法，其特征是：所述步骤5用以下方法进行替代：将生物活性玻璃陶瓷人工骨粉和纯医用级PEEK树脂粉混合均匀后，用静电涂覆的方式将混合粉末涂覆在人工牙根初胚外围螺纹表面上，涂覆厚度为100～400μm。
3.根据权利要求1所述的可控式膨胀型生物活性玻璃陶瓷种植牙的制备方法，其特征是：所述步骤5～8采用以下步骤进行替代：
步骤a：先将步骤2所得的人工牙根初胚用CAD/CAM机进行精加工，车制外螺纹，然后取医用级纯PEEK树脂加热至350℃熔化成流动的胶液，均匀喷涂在人工牙根的螺纹部位，喷涂厚度为100～200μm；
步骤b：用步骤4所得的粒度为25～30μm的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉在280～300℃条件下以喷砂的方式喷涂，使人工牙根的螺纹部位表面上布满一层人工骨粉，再在真空条件下加热至250℃保持2小时，让人工骨粉和PEEK树脂胶充分浸润，形成良好的粘合，进而沉积形成一层牢固的生物活性陶瓷人工骨粉层；
步骤c：取牙科用压力蒸汽清洗器清除人工牙根表面结合不稳的人工骨粉，然后消毒备用。
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