CN106267342A - 一种牙科种植体及其制备方法 - Google Patents

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    • A61L2430/12—Materials or treatment for tissue regeneration for dental implants or prostheses

Abstract

本发明涉及一种牙科种植体及其制备方法，该牙科种植体包括种植体本体以及涂覆在种植体本体表面的石墨烯层，石墨烯层为还原型石墨烯层；该牙科种植体是在3D打印种植体本体的表面滴加氧化石墨烯溶液，旋涂使之均匀分布，待其自然干燥后对其进行高温还原处理，即得牙科种植体。与现有技术相比，本发明采用旋涂技术将氧化型石墨烯涂布到种植体本体表面，并通过高温还原法对其进行还原处理，获得还原型石墨烯涂层，种植体表面涂层牢固，不容易脱落，机械强度较高，具备优良的生物学活性，可获得很好的骨结合效果。

Description

一种牙科种植体及其制备方法
技术领域
本发明涉及牙科种植体领域，具体涉及一种牙科种植体及其制备方法。
背景技术
种植牙被称为人类“第三幅牙齿”，不仅可以修复缺失的患牙，而且解决了常规义齿修复对天然牙齿所造成的损伤问题。20世纪60年代，Branemark提出骨整合理念以来，骨整合就成为现代种植牙修复的理论基础，为种植牙的修复成功的金标准。钛合金Ti-6Al-4V是目前国际公认的安全系数较高的植入物材料，也是目前种植体的主要制备合金材料。种植体的表面性能对其的骨整合具有重要影响，主要包括表面形貌、表面元素及其润湿性等。因此，获得良好的种植体形貌对于种植体的成功率具有非常重要的意义。但是，目前的种植体在种植成功率以及远期修复上的效果都不尽人意。
石墨烯为单原子层平面结构，它具有优良的理化性能，如较高的机械强度及弹性等，其机械强度相当于钢铁材料的100倍甚至200倍，稳定的化学性能，良好的生物相容性，具备优越的导电和导热性，一定的弹性。自2005年起，基于石墨烯在生物医学领域的研究层出不穷，研究主要聚焦于疾病诊断、抗菌及抗病毒材料、癌症的靶向治疗、热辐射治疗、药物输送及组织工程等领域。另外，石墨烯经处理后具备一定的促进细胞增殖能力，因此，将石墨烯运用到牙科种植体的制备上具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种种植成功率高、远期修复效果好的牙科种植体及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种牙科种植体，包括种植体本体以及涂覆在种植体本体表面的还原型石墨烯层。
与传统的种植体涂层材料如羟基磷灰石HA等相比较，还原型石墨烯由于其自身结构中存在在π-π键的结构，该结构对蛋白质具有很好地吸附性，从而具有一定的骨诱导性，可以诱导种植位点附近的间充质干细胞的骨向分化，从而提高骨整合效果。
所述的种植体本体包括Ti-6Al-4V合金种植体。
所述还原型石墨烯层中石墨烯的粒径为0.1～10μm。
一种如上所述牙科种植体的制备方法，包括以下几个步骤：
(1)利用过3D打印机将Ti-6Al-4V合金制成种植体本体，待用；
(2)在步骤(1)所得的种植体本体表面负载正电荷的氨基，然后滴加氧化石墨烯溶液，然后进行旋涂处理，使氧化石墨烯在种植体本体表面均匀分布，待其自然干燥后，得到负载氧化石墨烯的种植体；
(3)将步骤(2)所得负载氧化石墨烯的种植体进行高温还原处理，即得所述牙科种植体。
步骤(2)所述负载正电荷的氨基通过以下方法获得：将种植体本体浸泡在3％APTES溶液中处理1小时，然后分别用无水乙醇和去离子水清洗，即在种植体本体表面负载正电荷的氨基。
本发明所采用的种植体采用3D打印技术制备，可根据种植区周围的骨量及骨高度、密度等实现种植体的个性化定制。
所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.25～1.0mg/mL。
所述旋涂处理操作条件为500～700r/min转速下处理6～8s，然后在900～1100r/min转速下处理8～12s。
所述高温还原处理的处理温度为180～200℃，处理时间为2～3h。氧化石墨烯经高温还原后，其表面的含氧官能团会断裂而破坏，同时断裂的化学键可重新构建共轭π键，从而得到还原石墨烯。
相比较于氧化型石墨烯而言，还原型石墨烯由于恢复了部分共轭π键，因此，其吸附蛋白质的能力有所提高，从而增加了其骨诱导性及成果效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：
(1)在种植体表面涂覆还原型石墨烯，使得牙科种植体具有生物学活性的共轭双键结构，具备优良的生物学活性，可获得很好的骨结合能力，从而提高种植成功率以及远期修复的效果；
(2)创新性地采用3D打印技术制备牙科种植体，使其实现了个性化治疗，可根据种植区域的骨量、骨密度等进行个性化定制与选择，从而实现真正意义的种植体个性化治疗。
附图说明
图1a为本发明种植体本体的微观形貌扫描电镜(SEM)照片图；
图1b为本发明牙科种植体的微观形貌扫描电镜(SEM)照片图；
图2a为本发明牙科种植体的能量弥散X射线探测器(EDX)图；
图2b为本发明牙科种植体的能量弥散X射线探测器(EDX)图；
图3为种植体本体在负载石墨烯层前后的拉曼光谱图；
图4为本发明牙科种植体培养成骨细胞MC3T3-E1 24h后的激光共聚焦显微镜(CLSM)图片；
图5为不同处理表面培养成骨细胞MC3T3-E1在14天后通过定量PCR(qRT-PCR)检测相关成骨基因表达的柱状图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种牙科种植体的制备方法，包括以下几个步骤：
(1)选用Ti-6Al-4V材料采用3D打印制备种植体本体，采用去离子水持续超声清洗直至液体澄清，然后依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗各15分钟，65℃恒温烘箱烘干备用；
(2)将种植体本体浸泡在3％APTES溶液中处理1小时使其表面负载带正电荷的氨基，配制不同浓度的氧化石墨烯溶液：以去离子水为溶剂配制0.25mg/ml的氧化石墨烯水溶液；
(3)利用旋涂技术在Ti-6Al-4V片表面制备氧化石墨烯涂层：旋涂工艺具体参数为：低转速为600r/min，处理时间为7s，高转速为1000r/min，处理时间10s，反应温度为室温；
(4)氧化石墨烯涂层制备完成后，将其在常温条件下进行干燥处理；
(5)将干燥后的氧化石墨烯涂层的钛合金片置于高温干燥箱中进行加热处理，具体参数如下：温度为180℃，处理时间为2h，处理完成将其取出，室温下进行降温，即获得具备还原型石墨烯涂层的3D打印牙科种植体。
实施例2
一种牙科种植体的制备方法，包括以下几个步骤：
(1)选用Ti-6Al-4V材料采用3D打印制备种植体本体，采用去离子水持续超声清洗直至液体澄清，然后依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗各15分钟，65℃恒温烘箱烘干备用；
(2)将种植体本体浸泡在3％APTES溶液中处理1小时使其表面负载带正电荷的氨基，配制不同浓度的氧化石墨烯溶液：以去离子水为溶剂配制0.5mg/ml的氧化石墨烯水溶液；
(3)利用旋涂技术在Ti-6Al-4V片表面制备氧化石墨烯涂层：旋涂工艺具体参数为：低转速为600r/min，处理时间6s，高转速为1000r/min，处理时间10s，反应温度为室温；
(4)氧化石墨烯涂层制备完成后，将其在常温条件下进行干燥处理；
(5)将干燥后的氧化石墨烯涂层的钛合金片置于高温干燥箱中进行加热处理，具体参数如下：温度为180℃，处理时间为2h，处理完成后将其取出，室温下进行降温，即获得具备还原型石墨烯涂层的3D打印牙科种植体。
将制备的还原型石墨烯涂层的3D打印牙科种植体，并结合相关附图对本发明进行进一步解释说明。图1b为种植体基体表面加载石墨烯涂层后微观形貌的扫描电子显微镜(SEM)照片，图1a为加载石墨烯涂层前的微观形貌，可见图1b表面加载石墨烯涂层后，可见经氧化石墨烯旋涂后钛片表面附着了一层碳涂层。图2为种植体基体表面加载石墨烯涂层前后其表面的能量色散X射线能谱分析(EDX)能谱图，从能谱图可见当加载还原石墨烯涂层后，出现了碳元素峰值，证明有富含碳元素的物质沉积在牙科种植体表面。图3种植体基体表面加载还原型石墨烯涂层后的拉曼光谱图，可见加载还原石墨烯后其表面出现了特征性的D峰和G峰，并出现了2D峰的结构。图4为构建石墨烯涂层后的种植体表面成骨细胞(MC3T3-E1)24h后的激光共聚焦显微镜CLSM图片，可见加载还原型石墨烯涂层后成骨细胞获得较好的粘附、伸展效果。图5中则比较表面加载石墨烯涂层14天后成骨相关基因(OCN、OPN、BSP)的表达情况，其中control为3D打印钛合金表面，rGO为加载石墨烯涂层后钛合金表面；其中第一幅图为OCN基因的表达水平；第二幅图为OPN基因的表达水平；第三幅图为BSP基因的表达水平；其中，*表示相比对照组存在着差异性p<0.05。加载石墨烯涂层后钛片表面成骨相关基因OCN、OPN、BSP的表达明显上调。因此，实验证实加载还原型石墨烯涂层后钛合金种植体对其表面细胞的OCN、OPN、BSP成骨相关基因的表达有明显的上调作用。该作用对于牙科种植体植入骨组织后的新骨生成及骨结合具有非常重要的意义。本发明也是首次通过种植体表面加载石墨烯涂层来实现骨整合的钛合金种植体。
因此，在Ti-6Al-4V钛合金片表面加载石墨烯涂层后，在其种植体表面存在一层石墨烯涂层，并确定存在石墨烯的沉积。加载石墨烯后钛合金种植体对于成骨细胞的OCN、OPN、BSP成骨相关基因的表达有明显的促进作用。
实施例3
一种牙科种植体的制备方法，包括以下几个步骤：
(1)选用Ti-6Al-4V材料采用3D打印制备种植体本体，采用去离子水持续超声清洗直至液体澄清，然后依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗各15分钟，65℃恒温烘箱烘干备用；
(2)将种植体本体浸泡在3％APTES溶液中处理1小时使其表面负载带正电荷的氨基，配制不同浓度的氧化石墨烯溶液：以去离子水为溶剂配制1.0mg/ml的氧化石墨烯水溶液；
(3)利用旋涂技术在Ti-6Al-4V片表面制备氧化石墨烯涂层：旋涂工艺具体参数为：低转速为600r/min，处理时间7s，高转速为1000r/min，处理时间10s，反应温度为室温；
(4)氧化石墨烯涂层制备完成后，将其在常温条件下进行干燥处理；
(5)将干燥后的氧化石墨烯涂层的钛合金片置于高温干燥箱中进行加热处理，具体参数如下：温度为180℃，处理时间为2h，处理完成后将其取出，室温下进行降温，即获得具备还原型石墨烯涂层的3D打印牙科种植体。
实施例4
一种牙科种植体的制备方法，包括以下几个步骤：
(1)选用Ti-6Al-4V材料采用3D打印制备种植体本体，然后在3％(wt)的APTES溶液中浸泡处理1小时，然后分别用无水乙醇和去离子水清洗，以便在其表面获得待正电荷的氨基；
(2)配制不同浓度的氧化石墨烯溶液：以去离子水为溶剂配制0.5mg/ml的氧化石墨烯水溶液；
(3)利用旋涂技术在Ti-6Al-4V片表面制备氧化石墨烯涂层：旋涂工艺具体参数为：低转速为500r/min，处理时间6s，高转速为900r/min，处理时间8s，反应温度为室温；
(4)氧化石墨烯涂层制备完成后，将其在常温条件下进行干燥处理；
(5)将干燥后的氧化石墨烯涂层的钛合金片置于高温干燥箱中进行加热处理，具体参数如下：温度为190℃，处理时间为2.5h，处理完成后将其取出，室温下进行降温，即获得具备还原型石墨烯涂层的3D打印牙科种植体。
经检测，所得的牙科种植体表面的还原型石墨烯对于成骨细胞的OCN、OPN、BSP成骨相关基因的表达有明显的促进作用，具有良好的种植成功率以及远期修复上的效果。
实施例5
一种牙科种植体的制备方法，包括以下几个步骤：
(1)选用Ti-6Al-4V材料采用3D打印制备种植体本体，然后在3％(wt)的APTES溶液中浸泡处理1小时，然后分别用无水乙醇和去离子水清洗，以便在其表面获得待正电荷的氨基；
(2)配制不同浓度的氧化石墨烯溶液：以去离子水为溶剂配制1mg/ml的氧化石墨烯水溶液；
(3)利用旋涂技术在Ti-6Al-4V片表面制备氧化石墨烯涂层：旋涂工艺具体参数为：低转速为700r/min，处理时间8s，高转速为1100r/min，处理时间12s，反应温度为室温；
(4)氧化石墨烯涂层制备完成后，将其在常温条件下进行干燥处理；
(5)将干燥后的氧化石墨烯涂层的钛合金片置于高温干燥箱中进行加热处理，具体参数如下：温度为200℃，处理时间为3h，处理完成后将其取出，室温下进行降温，即获得具备还原型石墨烯涂层的3D打印牙科种植体。
经检测，所得的牙科种植体表面的还原型石墨烯对于成骨细胞的OCN、OPN、BSP成骨相关基因的表达有明显的促进作用，具有良好的种植成功率以及远期修复上的效果。

Claims (8)

1.一种牙科种植体，其特征在于，所述牙科种植体包括种植体本体以及涂覆在种植体本体表面的还原型石墨烯层。
2.根据权利要求1所述的一种牙科种植体，其特征在于，所述的种植体本体包括Ti-6Al-4V合金种植体。
3.根据权利要求1所述的一种牙科种植体，其特征在于，所述还原型石墨烯层中石墨烯的粒径为0.1～10μm。
4.一种如权利要求1～3任一所述牙科种植体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：
(1)利用3D打印机将Ti-6Al-4V合金制成种植体本体，待用；
(2)在步骤(1)所得的种植体本体表面负载正电荷的氨基，然后滴加氧化石墨烯溶液，然后进行旋涂处理，使氧化石墨烯在种植体本体表面均匀分布，待其自然干燥后，得到负载氧化石墨烯的种植体；
(3)将步骤(2)所得负载氧化石墨烯的种植体进行高温还原处理，即得所述牙科种植体。
5.根据权利要求4所述的一种牙科种植体的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述负载正电荷的氨基通过以下方法获得：将种植体本体浸泡在3％APTES溶液中处理1小时，然后分别用无水乙醇和去离子水清洗，即在种植体本体表面负载正电荷的氨基。
6.根据权利要求4所述的一种牙科种植体的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.25～1.0mg/mL。
7.根据权利要求4所述的一种牙科种植体的制备方法，其特征在于，所述旋涂处理操作条件为500～700r/min转速下处理6～8s，然后在900～1100r/min转速下处理8～12s。
8.根据权利要求4所述的一种牙科种植体的制备方法，其特征在于，所述高温还原处理的处理温度为180～200℃，处理时间为2～3h。
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