CN106562827A - 一种亲水性、抗菌牙种植体系统及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种亲水性、抗菌牙种植体系统及其制备方法，通过对种植体系统进行等离子体氧化表面改性处理，制备出具有亲水性、抗菌特性的表面。经本发明改性的种植体系统从表面到基底成分是梯度变化的，没有明显的界面。本发明用溶液储存或等离子体清洗的方法保持表面的亲水性或者恢复表面的亲水性。细胞培养、动物实验及抗菌实验结果表明，本发明提出的等离子体氧化工艺所制备的表面具有很好的亲水性和抗菌性能，能够提高种植体系统的活性和抗菌性能，将有利于提高临床应用中种植体的初期稳定性和生物密封性能。

Description

一种亲水性、抗菌牙种植体系统及其制备方法

技术领域

本发明属于牙种植体表面改性技术领域，特别涉及一种亲水性、抗菌牙种植体系统及其制备方法。

背景技术

人工牙种植具有不伤害邻牙、稳固牢靠、美观舒适的优点，牙种植体修复技术已经成为口腔牙列修复的主导技术。纯钛及钛合金具有良好的机械、物理、化学等特性而成为牙种植体的首选材料，但钛是一种惰性材料，生物活性较差，在骨整合过程中会影响种植体的初期稳定性，需要对其表面进行改性。牙种植体的表面处理技术已经成为人工牙种植体研发的关键技术之一。在临床应用过程中，生物和机械并发症是制约牙种植修复长期成功的关键，其影响因素包括生物密封性、种植体表面生物活性及抗感染能力等。

牙种植体的表面改性又分为物理、化学以及物理化学相结合的改性方法。其中，大颗粒喷砂酸蚀(SLA)种植体表面临床应用最广。然而，经典SLA表面为疏水表面，为快速形成稳定的骨结合，亲水、高活性种植体表面成为当今研发的热点。其中，亲水种植体包括2004年Straumann公司推出的种植体，2011年Thommen公司推出的种植体。目前，针对粗糙钛表面的亲水性改性已成为新一代种植体表面改性的发展趋势。

在生理条件下，Ti表面的物理化学特性主要由其表面形成的氧化膜所决定，该氧化膜能与蛋白质以及骨矿物质相容。而提高亲水性可以增强种植体表面与周围生物环境的交互作用，其直接影响着种植体的表面自由能，而表面自由能又是蛋白质以及细胞吸附的重要因素。研究发现羟基基团是TiOx薄膜表现为亲水的主要原因，亲水表面富集的大量Ti-OH基团使表面带负电荷，表面通过静电作用吸附钙离子，并与氢键吸附磷酸根离子形成磷酸钙，因此氧化钛薄膜的生物性能与其表面亲水性能有着直接的联系。专利CN102345134A采用等离子体氧化方法，在真空环境下利用辉光放电产生的氧等离子体轰击喷砂酸蚀过的基片表面，在表面生成一层亲水性的氧化膜。氧化后的钛表面对成骨细胞的粘附增殖有显著的促进作用。

但是，高活性的氧化钛表面性能不稳定，如果缺乏特殊的储存或保护，该表面很容易吸附碳氢化合物而被污染，使其亲水性和生物活性降低。因此，如何保持亲水性表面的长期稳定是临床应用的一个关键。Stefano Tugulu等人发现喷砂酸蚀的钛试样，碱液处理后其表面接触角大大降低，说明碱液处理能保持钛表面的亲水性(Journal ofmaterialsscience-materials in medicine,2010,21(10):2751-2763)。S.J.Ferguson等人采用的种植体处理方式为：喷砂酸蚀后直接N₂保护下浸泡在生理盐水中，直到种植前才取出。结果表明：生理盐水处理对保持种植体亲水性具有较好的作用(Journal of BiomedicalMaterials Research-Part A,2006；55(2):291-297)。这些措施在具体应用过程中存在着运输和使用比较复杂、表面杂质成分引入和显微结构变化等问题。因此，需要有一种更有效的保持种植体表面亲水性的方法。

除了种植体表面生物活性之外，生物并发症还和生物密封性及抗感染能力等密切相关，特别是种植体颈部软组织封闭不良会引起生物并发症。因此，制备兼具高活性与抗感染作用的穿龈表面十分必要(J Prosthodont Res 2016,60:3-11；Journal of theInternational Clinical Dental Research Organization 2015,7:160.)。

种植体周围炎是导致种植失败的一个主要原因，即使种植体与骨组织形成了良好的骨结合，但由于患者手术部位卫生维护不良，在长期使用中，因炎症导致种植体周围出现水平型骨吸收，最终也会引发种植失败。因此，改善种植体的抗菌性能，实现生物密封，是种植临床亟待解决的瓶颈问题。由于种植体与生物组织接触、反应的部位主要集中在表面，所以，通过表面改性的方法提高表面的抗菌性能是一种更加灵活、高效的处理方式(与直接采用抗菌金属材料制备种植体相比较而言)。

CN1546187A公开了提高医用金属材料生物活性的方法，通过微弧氧化、等离子体喷涂等技术制备兼具抗菌及活性的表面，实现生物密封。该发明所采用的几种方法由于涂层太厚，存在长期剥落的风险；另外对涂层结构、成分的控制精度较低。

CN104911558A公开了一种牙种植体表面改性的方法，利用等离子体浸没离子注入的方法在牙钉上制备兼具抗菌及活性的表面，该技术在结构、成分的控制精度上能达到很高的水平，但是，其缺点是注入速率较低，处理时间较长，因此制备成本较高；另外该方法使用的金属注入元素(Ag、Zn，等)对人体的长期影响存在不确定性。

发明内容

针对现有牙种植体表面改性处理的发展情况，本发明的目的在于提供一种亲水性、抗菌牙种植体系统及其制备方法，即在种植体、基台等的表面进行等离子体氧化处理，获得亲水性表面，该表面同时具有很好的生物活性和一定的抗菌性能。本发明用溶液浸泡和等离子体清洗的方法维持或快速恢复表面的亲水性。

本发明制备的亲水表面与基体之间化学成分呈梯度变化，不存在明显的界面，因此在长期使用过程中不会发生表面脱落的问题。同时，等离子体氧化处理不会改变之前喷砂酸蚀形成的微观孔洞结构，能够很好的保持已经在临床上得到广泛证明的SLA表面形貌。

本发明制备的种植体表面不仅能够提高种植体与周围骨组织的机械嵌合，促进生物活性分子以及细胞的吸附作用，有利于细胞的粘附增殖，同时还提高其表面能和润湿性，加速种植体的初期骨结合速度，实现快速骨整合。用本发明制备的种植体和基台表面具有一定的抗菌作用，该抗菌效果具有长期稳定性，有利于实现种植体穿龈部生物密封，降低生物并发症的风险。

本发明亲水性控制方法由液体浸泡和等离子体清洗两种方式保障和实现。其中，液体浸泡是将亲水性种植体放到碱液或者生理盐水等溶液中浸泡。由于阻隔了空气与种植体的直接接触，故能保持其亲水性的长期稳定性，从而有利于保持种植体表面的生物活性。等离子体清洗是在种植手术之前将种植体系统放在椅旁的小型真空设备中，利用产生的等离子体轰击表面，清除表面吸附的杂质，从而使疏水的表面恢复为亲水表面。

本发明牙种植体表面改性处理的具体步骤如下：

(1)样品准备：目前商业最常使用的喷砂酸蚀(SLA)样品。

(2)超声清洗：先后用去离子水、乙醇或丙酮超声清洗5min～30min，以洗掉基底表面附着物、有机污染物，等。清洗结束后吹干或烘干放入真空室。

(3)等离子体清洗：抽气至本底真空后，通入1～20sccm氩气，待真空室压力稳定后，打开电源，在上、下电极板间产生辉光放电，调节角阀保持工作压力在1～10Pa，利用辉光放电产生的氩等离子体对样品表面轰击和清洗1～30min，去除表层吸附的杂质，同时起活化试样表面的作用。

(4)等离子体氧化：通入氩气和氧气，通过质量流量计分别调节到所需要的气体流量；待压力稳定后，打开偏压电源，电源参数设置为占空比20％～90％，恒压模式，调节到100～500V电压开始运行；接着打开射频电源，调节功率到100W～400W；最后通过角阀调节工作压力1～10Pa，对试样进行氧化处理。氧化处理时间为1～60min，氩气流量为1～10sccm，氧气的流量为1～20sccm，制备出的表面是由TiO₂、Ti₂O₃和TiO组成的多晶体结构。

(5)关机：氧化处理完成后，依次关闭射频电源和/或直流电源、进气阀、真空泵、总电源，等。随炉冷却后，取出试样。

本发明种植体表面亲水性控制的方法，具体步骤为：

第一种方法：等离子体氧化后用溶液(碱液、盐溶液或者去离子水)浸泡储存。

第二种方法：等离子体氧化之后在大气常温下储存，种植体手术前在真空环境下用等离子体轰击和清洗样品表面。

一种亲水性、抗菌牙种植体系统，其种植体表面采用喷砂酸蚀和等离子体氧化处理的工艺，光滑基台直接采用等离子体氧化处理的工艺，用液体浸泡和等离子体清洗的方式对表面进行亲水性的保持或恢复。

进一步的，所述种植体、基台的亲水性、抗菌表面通过等离子体氧化工艺获得；采用溶液储存的方式进行包装或者在种植手术前进行等离子体清洗的方法恢复亲水性。

进一步的，储存溶液可以是去离子水、碱性溶液或各种盐溶液等，在储存过程中种植体表面能够产生纳米结构。

进一步的，该系统能够产生氧等离子体，对种植体、基台进行表面改性处理，制备出亲水性、抗菌的种植体。

进一步的，产生氧等离子体的方式可以采用直流放电、射频放电、中频放电、脉冲直流放电、弧光放电、激光放电、微波放电、常压等离子体放电等形式。

进一步的，该系统能够产生等离子体，对种植体、基台进行等离子体清洗处理，恢复种植体表面的亲水性。

进一步的，产生等离子体的方式可以采用直流放电、射频放电、中频放电、脉冲直流放电、弧光放电、激光放电、微波放电、常压等离子体放电等形式。

本发明的有益效果：

经本发明处理过的种植体，表面亲水性得到明显改善，解决了亲水表面的时效性问题；同时，该种植体表面具备一定的抗菌性能。本发明可用于改善牙种植体系统(包括种植体和基台)的生物活性和抗菌性能，有利于实现生物密封。

附图说明

图1经本发明等离子体氧化处理前(a)后(b)种植体的SEM表面形貌图；

图2经本发明等离子体氧化处理得到的种植体表面元素的XPS深度分布图及Ti的不同价态的变化；

图3经本发明等离子体氧化处理种植体表面亲水性的时效性问题；

图4经本发明等离子体氧化处理得到的种植体在去离子水储存过程中产生的纳米结构；

图5培养6h后，成骨细胞在SLA(a,b,c)和氧化+碱液储存(j,k,m)种植体表面的粘附形态，箭头所示为细胞伪足结构。其中图a,j(5000X)；图b,k(10000X)；图c,m(50000X)；

图6荧光显微镜(20×)下细胞在SLA和氧化+碱液储存试样表面的铺展形态；

图7植入2周和4周时新西兰白兔下颌骨骨切片CLSM观察结果；

图8植入2周和4周时新西兰白兔下颌骨组织切片甲苯胺蓝染色结果；

图9微型等离子体清洗设备外形图(a)及等离子体清洗对钛试样表面亲水性的影响(b)；

图10抗金黄色葡萄球菌实验的流程图；

图11经本发明表面改性处理的种植体抗金黄色葡萄球菌的实验结果；

图12经本发明表面改性处理的基台抗金黄色葡萄球菌的实验结果。

具体实施方式：

实施例1

(1)样品准备：目前商业常用的喷砂酸蚀处理过的纯钛牙种植体(以下称为SLA种植体)。

(2)样品清洗：用去离子水超生清洗5min，以洗掉基底表面附着物；然后，用无水乙醇超声波清洗5min，深度溶解有机污染物。清洗结束后烘干放入真空室。

(3)等离子体清洗：抽气至本底真空后，通入1～20sccm氩气，待真空室压力稳定后，打开射频电源，调节射频功率为100W～400W，反射功率尽量调最低(不应超过入射功率的4％)，使上、下电极板间产生辉光放电，调节角阀保持工作压力为1～10Pa，利用辉光放电产生的氩等离子体对样品表面轰击和清洗10～30min，去除表层吸附的杂质，同时起活化试样表面的作用。

(4)等离子体氧化：等离子体清洗完成后，同时通入氩气和氧气，并通过质量流量控制器分别调节到所需要的气体流量；待真空度稳定后，打开直流电源，直流放电参数设置为占空比20％～90％，恒压模式，调节到100～500V电压；打开射频电源，调节功率到100W～400W；最后通过角阀调节工作压力1～10Pa对试样氧化。氧化处理时间为1～60min，氩气流量为1～10sccm，氧气的流量为1～20sccm。该氧化表面是由TiO₂、Ti₂O₃和TiO组成的多晶体结构，通过控制等离子体参数实现表面化学成分的精确控制。

图1(a)和(b)分别是SLA钛片和SLA钛片经过等离子体氧化处理后的表面形貌。可以看出等离子体氧化处理不改变喷砂酸蚀形成的微观形貌，由于大量的临床结果已经证明SLA微观形貌有利于成骨细胞的粘附增殖，对种植体成功的临床应用具有重要意义，所以这种微观形貌的保持性是本发明所提供的等离子体氧化方法的优点之一。

图2是等离子体氧化处理得到的种植体表面不同元素的XPS深度分布图及Ti的不同价态的变化。测试结果表明等离子体氧化形成的表面与基体之间没有明显的界面，呈现了成分梯度渐变的特征，能够解决传统涂层在种植体服役过程中容易脱落的风险(例如：使用等离子体喷涂制备的HA涂层，植入5年后发现有涂层脱落而导致种植手术失败)。因此，本发明的表面改性方法有利于保证牙种植体的长期稳定性。另外，由图2中Ti的不同价态的变化曲线可以看出，随着溅射时间(深度)的增加，TiOx的谱峰不断降低，而单质Ti开始(在溅射时间100s)出现并不断增大，说明随着深度的增加TiOx的含量逐渐减小，单质Ti含量不断增加。

图3显示了等离子体氧化处理种植体表面亲水性的时效性问题，从图3可以看出，在等离子体氧化处理种植体表面亲水性开始时，即在氧化后初始，其接触角低于10°，达到超亲水表面；在处理第二天开始时，接触角增大，亲水性减弱；放置时间为9天时，接触角达到70多度。因此，从图可以看出，新鲜制备的表面具有超亲水性，但是随着在空气中暴露时间的增加，接触角不断升高，亲水性变差，甚至变成疏水状态。因此，从种植临床的需求出发，需要考虑需亲水性种植体表面的时效性控制问题，保持亲水性的长期稳定性。

本实施例中所采用的等离子体氧化工艺，氧等离子体的产生方式可以采用直流放电、射频放电、中频放电、脉冲直流放电、弧光放电、激光放电、微波放电、常压等离子体放电等形式。

实施例2

将喷砂酸蚀种植体进行等离子体氧化表面改性处理，然后直接放到溶液中进行储存，在不同的时间段，取出试样，测试接触角。结果表明：表面的亲水性得到了很好的保持，接触角均低于10°，保持了超亲水的特征。可选用的溶液包括去离子水、碱性溶液或各种盐溶液，等。溶液储存的方法，能够隔绝种植体与空气的直接接触，避免空气中的碳氢基团对表面的污染，从而保护种植体表面羟基基团的存在和含量，最终实现亲水性的长期稳定性。

溶液储存的方法，不仅有利于保持等离子体氧化种植体的亲水性，而且可以在表面生长出纳米结构。图4显示了本发明等离子体氧化种植体在去离子水中储存过程中产生的纳米结构形貌图，测试结果表明，储存8天后，表面产生了纳米颗粒物，其尺寸较小，且没有完全覆盖样品表面；浸泡21天时表面纳米结构均匀覆盖了整个表面，该纳米结构的特征尺寸约为10-30nm。对表面进行化学成分分析，结果表明：随着储存时间的增加，氧元素的含量增加，所形成的纳米结构为纳米氧化钛。该纳米氧化钛结构与喷砂酸蚀形成的微米结构相配合，能够有助于提高种植体的生物活性，缩短骨整合时间。

本实施例中的储存溶液也可以采用碱性溶液，如NaOH、Ca(OH)₂、KOH、Na(HCO₃)₂，等。溶液的浓度最好为0.001mol/l-0.5mol/l，优选浓度为0.01mol/l-0.05mol/l。

本实施例中的储存溶液也可以采用各种盐溶液，如NaCl、CaCl₂、KCl、SBF、PBS，等。溶液的浓度最好为0.1mol/l-0.5mol/l。

实施例3

对经上述等离子体氧化及溶液浸泡储存处理得到的种植体进行蛋白吸附实验。

种植体发生骨结合时，首先是蛋白吸附于材料表面。其中，血清白蛋白和纤连蛋白的吸附直接影响后期发生的成骨细胞的行为。这两种蛋白吸附的情况越好，越有利于成骨细胞的生物学行为发生。

实验过程为：将试样钛片放置于48孔板中，每组3个检测时间点，分别将1ml纤连蛋白(Fn)与牛血清白蛋白(BSA)滴加在样品上，在37℃条件下，孵育3h、6h、24h后，用PBS清洗3次，之后加入200μL十二烷基硫酸钠(SDS，1wt％)，在常温下摇床中震荡1小时后收集。

按照BCA标准曲线要求制取不同体积的0.5mg/ml标准蛋白液，加入96孔培养板中。取上述各组样片的收集液10μL于96孔培养板中，然后向待测样品孔和蛋白标准品孔中加入200μL BCA工作液，37℃放置30min后冷却至室温，酶标仪在562nm波长下测定各孔的吸光度(OD)值，制作标准曲线，从标准曲线中求出样品蛋白浓度，再计算蛋白含量，最终测定吸附率。

牛血清白蛋白吸附结果随时间变化如表1所示，在培养3h、6h、24h后，样品表面的蛋白吸附率均随培养时间的延长而增加，并且在每个时间点，本发明表面改性样品的蛋白吸附率均好于SLA对照组，组间差别在每个时间段均具有统计学意义(P＜0.05)。

表1样品表面牛血清白蛋白吸附率测定结果(％)(，n＝3)

人纤连蛋白吸附结果随时间变化如表2所示，在培养3h、6h、24h后，样品表面的蛋白吸附率均随培养时间的延长而增加，并且在每个时间点，本发明表面改性样品的蛋白吸附率均好于SLA对照组，组间差别在每个时间段均具有统计学意义(P＜0.05)。

表2样品表面人纤连蛋白吸附率测定结果(％)(，n＝3)

实施例4

对经上述等离子体氧化及溶液浸泡储存处理得到的种植体进行小鼠MC3T3-E1成骨细胞生物活性影响实验。

成骨细胞的粘附情况如下：细胞接种培养6h后，如图5所示，扫描电镜5000×和10000×下氧化+碱液储存组材料表面出现了成骨细胞的丝足结构，而SLA组材料表面成骨细胞刚刚见到伸展形态，尚无此结构。细胞培养24h后，氧化+长碱组材料表面丝足结构已经生长为片足结构，而SLA组材料表面刚刚出现丝足结构。48h后，氧化+碱液储存组材料上细胞已经完全粘附于材料表面，采用50000×扫描电镜下观察细胞，所有细胞均呈伸展状态，伸出一些细丝状突起至材料表面的空隙内，形成一种锚状结构，牢固的粘附于材料表面。

表面成骨细胞的增殖情况如下：MTT检测结果随时间变化如表3所示，培养1d、3d、5d和7d后，样品表面成骨细胞的数量均随时间的延长而逐渐增多，在四个检测时间点，本发明表面改性样品表面成骨细胞的数量均好于SLA对照组，组间差别在每个时间段均具有统计学意义(P＜0.05)。

表3表面成骨细胞增殖测定结果(，n＝3)

表面成骨细胞的分化情况如下：细胞内ALP活性检测结果如表4所示，培养3d、5d、10d和15d后，四组材料表面的成骨细胞内ALP活性均随时间的延长而增强，均呈现为缓慢匀速增长的趋势，在四个检测时间点，本发明表面改性样品表面成骨细胞内ALP活性均好于SLA对照组，组间差别在每个时间段均具有统计学意义(P＜0.05)。

表4表面成骨细胞ALP活性的测定结果(，n＝4)

表面成骨细胞的骨架形态观察结果如下：在细胞培养1h、2h、4h和24h后，荧光显微镜20×视野下拍摄图片，如图6所示。培养1h后，SLA组样品表面成骨细胞大部分还是圆形，未见铺展，而氧化+长碱组材料表面成骨细胞铺展面积更大，并且几乎所有细胞均有铺展。培养2h后，相比1d时四组均未见明显变化。培养4h后，四组材料铺展面积均增加，有明显的伸展。在所有时间段内，本发明表面改性样品表面细胞铺展情况均好于SLA对照组。

实施例5

对经上述等离子体氧化及溶液浸泡储存处理得到的种植体进行动物实验。

实验动物：已适应生长环境的新西兰白兔，平均为18-20周龄，重量约为2.5-3.0kg。

动物分组及实验模型建立：将新西兰白兔随机分两组，植入2周后处死一组，植入4周后处死另一组。将本发明等离子体氧化+碱液储存种植体与SLA对照组种植体随机植入兔子左右下颌骨，每侧分别植入两枚。种植体在植入前进行表面灭菌处理。实验过程采用速眠新Ⅱ肌注对兔子进行麻醉(0.16ml/kg)，待麻醉后在双侧下颌骨区进行备皮，采用医用浓度碘伏进行手术区域的消毒，之后使用75％医用酒精脱碘，然后在术区铺手术铺巾，由外至内逐层切开皮肤，用球钻定位、用列钻进行洞深与洞宽的预备，于下颌骨随机植入2颗种植体，植入之后用0.9％生理盐水冲洗并由内到外逐层缝合，定期对缝合后切口进行消毒，对侧采用同样手术方法进行。

种植体扭出力矩测量结果：在不同时间节点测量种植体的扭出力矩，评价骨整合的情况，测试结果见表5所示。从表5可以看出：种植体植入后随着时间的增加，种植体与骨的结合力越来越大；在所有时间段内，本发明表面改性种植体的骨整合情况均好于SLA对照组。两组结果均具有统计学差异(P<0.01)。骨结合率(BIC)测试结果如表6所示，由表6可以看出：植入后随着时间的增加，种植体与骨的结合率越来越高，本发明表面改性种植体的结合率均好于SLA对照组。因此，本发明提供的等离子体氧化与碱液储存的表面改性工艺对种植体骨整合过程具有很好的促进作用。

表5扭出力值比较(N.m)

表6骨结合率(BIC)的比较

图7为植入2周和4周时新西兰白兔下颌骨骨切片CLSM观察结果。由图7可以看出：2周时SLA种植体少量的荧光主要集中在骨基质处，种植体螺纹斜壁与底部仅见少量不连续的散在荧光；而对于本发明的等离子体氧化+碱液储存处理的种植体，在螺纹斜壁与底部可见有小段连续的荧光，亮绿色荧光界限较清晰。4周时，对于SLA种植体，可以看到荧光由骨基质沿着种植体向螺纹腔内爬行，在螺纹斜壁与底部均出现较粗荧光条带，螺纹腔内出现了较多荧光；而对于本发明的等离子体氧化+碱液储存处理的种植体，可见种植体螺纹斜壁与底部出现了大量的连续的荧光，螺纹腔可见大量的荧光聚集在一起，新骨沉积在螺纹腔底部并向外生长，显示出良好的骨引导性。

图8为植入2周和4周时新西兰白兔下颌骨组织切片甲苯胺蓝染色结果。由图8可以看出：2周时，在SLA种植体表面有少量新骨形成，新骨主要集中在种植体螺纹斜壁、螺纹底有少量新骨形成；对于本发明的等离子体氧化+碱液储存处理的种植体，骨小梁不仅沿螺纹斜壁爬行，螺纹底部也见较多骨小梁生成，接触成骨较明显。4周时，对于SLA种植体，新骨由骨基质往螺纹腔延伸，螺纹腔中间可见较多的骨小梁，螺纹底部与侧壁见较多新骨形成，螺纹腔内见少量的哈弗氏系统；对于本发明的等离子体氧化+碱液储存处理的种植体，新生骨分布于距成熟骨近的斜壁，在螺纹底部也见大量新骨形成，且螺纹腔也见大面积新骨形成，种植窝骨壁与螺纹腔内可见较多的哈弗氏系统。再一次说明本发明提供的等离子体氧化与碱液储存的表面改性工艺对种植体骨整合过程具有很好的促进作用。

实施例6

对经实施例1等离子体氧化工艺得到的种植体，放置在空气中一段时间后，表面亲水性会变差。本实施例将提供一种基于等离子体清洗工艺的亲水性回复方法。该工艺方法同时适用于SLA种植体表面处理，或者用碱液处理后在大气常温下存放后亲水性变差的种植体表面。

本实施例采用微型等离子体清洗设备对疏水的表面进行等离子体清洗。图9是微型等离子体清洗设备的外形图，其主要包括反应系统、管路系统及电控系统。反应系统包括圆柱形的石英玻璃罩、绝缘陶瓷、纯钛材料的圆筒、间距可调的上极板和下极板。其中下极板兼作样品台，下极板(样品台)有四个凸起，凸起高度是可调的，因此可满足四个种植体或者钛片试样的放置和清洗。下极板与直流偏压电源相连，为两极板间提供负高压以产生等离子体放电。管路系统包括机械泵、进气和排气管路、混气管、放气阀等。机械泵的作用可为反应室提供本底真空，基本能保证真空室较纯的工作环境。反应气体通过混气筒从顶部的上极板注入反应室，并从底部下极板的排气孔排出，增加了气体的飞行路程，同时提高了试样周围气体分布的均匀性。电控系统包括脉冲频率500Hz，功率1000W的直流偏压源，采用恒压模式，调节气体流量的质量流量控制器，测量腔体压力的电阻真空计，控制总电源的电气开关以及机械泵启动和闭合的开关。

等离子体清洗的工艺为：选用试样表面的接触角大于60°，清洗的时间是1-15min，清洗完之后对其接触角进行时效性跟踪。其中工作时直流电压为300-1000V，工作压力为5-50Pa。

图10是Ar等离子体清洗对钛试样表面接触角的影响。由图10可以看出，SLA试样、氧化试样以及氧化+碱液储存后空气放置数天的试样，它们的接触角均增大了很多，不具备亲水性的特征。当用本实施例具有一定能量的Ar等离子体轰击清洗之后，三种方式的钛试样表面得到了接触角低于10°的超亲水性表面。当然，等离子体清洗之后，如果试样表面暴露在空气中后，接触角也随着空气中放置时间的增加而快速地增加，这是因为等离子清洗可以去除吸附在试样表面的碳氢化合物，使得试样表面重新露出新鲜的氧化钛表面。如图10所示，等离子体清洗使钛试样表面恢复超亲水性所能维持的时间比较短(大约2小时)，之后，试样表面的接触角就开始大于10°。虽然维持时间只有几个小时，但对于临床应用中种植手术的完成，这些时间显然是足够的。

本实施例中所采用的等离子体清洗工艺，等离子体的产生方式可以采用直流放电、射频放电、中频放电、脉冲直流放电、弧光放电、激光放电、微波放电、常压等离子体放电等形式。

实施例7

对经上述等离子体氧化处理得到的亲水性种植体进行抗金黄色葡萄球菌实验。

实验过程如图11所示，实验结果如图12所示。由图12可以看出：SLA样品表面金黄色葡萄球菌很多，呈现饱满的圆球状形态；而经过本发明等离子体氧化处理的样品表面基本看不到完整的金黄色葡萄球菌，几乎所有的细菌已经裂解凋亡，说明经本发明等离子体氧化处理得到的亲水性种植体同时具有很好的抗金黄色葡萄球菌的效果。

实施例8

对经上述等离子体氧化处理得到的基台进行抗金黄色葡萄球菌实验。实验过程如图11所示，实验结果如图13所示。由图13可以看出：光滑TC4样品表面金黄色葡萄球菌很多，呈现饱满的圆球状形态；而经过本发明等离子体氧化处理的基台TC4样品表面基本看不到完整的金黄色葡萄球菌，几乎所有的细菌已经裂解凋亡，说明经本发明等离子体氧化处理得到的亲水性基台同时具有很好的抗金黄色葡萄球菌的效果。

对经上述等离子体氧化处理得到的基台进行抗PG菌实验。实验步骤为：①收集细菌，放入10mlBHI液中，培养24h，进行液体增菌。②将液体菌液浓度通过分光度计比色测定菌液浓度，稀释至10⁵/ml。③实验分组共9组，每组4片，3片用于计数，1个用于扫描电镜。取1个24孔板，每组放4片，每组加入1ml菌液，厌氧培养24h。④取出钛片，按条件激光照射后各取一片，PBS冲洗3遍，2.5％戊二醛4℃固定2h,PBS漂洗。50％、60％、70％、80％、95％、100％酒精梯度脱水各10min，干燥，喷金，扫描电镜观察。⑤每组各取出3片，各加入2mlBH振荡5min,各取10μl洗脱液，平板推开，培养72h计数。实验结果表明：光滑TC4样品表面抗菌率为1.67％；而经过本发明等离子体氧化处理的基台TC4样品表面抗菌率为50％，说明经本发明等离子体氧化处理得到的亲水性基台同时具有一定的抗PG菌的效果。

产业应用性

本发明能够解决钛基牙种植体系统表面活性低、骨整合时间长和抗菌性能不佳的问题，提高种植体系统的骨整合速度和抗菌性能，有利于实现生物密封。本发明提供的等离子体氧化工艺能够与现有的喷砂酸蚀工艺无缝衔接，不改变SLA的微观形貌，不引入新的元素，在牙种植体表面改性或制造领域具有广阔的应用前景。本发明的工艺、方法可以扩展到骨科、人工关节、配套器械等相关领域。

Claims (10)

1.一种亲水性、抗菌牙种植体系统的制备方法，其特征在于，对喷砂酸蚀种植体或者表面光滑的基台进行等离子体氧化处理，并用液体浸泡和等离子体清洗的方式对种植体表面进行亲水性的保持或恢复。

2.根据权利要求1所述的一种亲水性、抗菌牙种植体系统的制备方法，其特征在于，所述等离子体氧化工艺为：对样品先后进行超声波清洗、等离子体清洗，然后通入氧气，通过放电产生氧等离子体，对试样进行氧化；所制备的表面包含TiO₂、Ti₂O₃和TiO等多晶体结构，从表面到基底成分梯度变化之间没有明显的界面。

3.根据权利要求2所述的一种亲水性、抗菌牙种植体系统的制备方法，其特征在于，产生氧等离子体的方式可以采用直流放电、射频放电、中频放电、脉冲直流放电、弧光放电、激光放电、微波放电、常压等离子体放电等形式。

4.根据权利要求2所述的一种亲水性、抗菌牙种植体系统的制备方法，其特征在于，通过将等离子体氧化改性得到的种植体放置到溶液中储存，能够解决亲水表面的时效性问题，实现亲水表面的长期稳定性。

5.根据权利要求4所述的一种亲水性、抗菌牙种植体系统的制备方法，其特征在于，所用储存溶液可以是去离子水、碱性溶液或各种盐溶液等，在储存过程中种植体表面能够产生纳米结构。

6.一种亲水性、抗菌牙种植体系统，其特征在于，其种植体表面采用喷砂酸蚀和等离子体氧化处理的工艺，光滑基台直接采用等离子体氧化处理的工艺，用液体浸泡和等离子体清洗的方式对表面进行亲水性的保持或恢复,该系统能够产生等离子体，对种植体、基台进行等离子体清洗处理，恢复种植体表面的亲水性，产生等离子体的方式采用直流放电、射频放电、中频放电、脉冲直流放电、弧光放电、激光放电、微波放电或常压等离子体放电。

7.根据权利要求6所述的一种亲水性、抗菌牙种植体系统，其特征在于，所述种植体、基台的亲水性、抗菌表面通过等离子体氧化工艺获得；采用溶液储存的方式进行包装或者在种植手术前进行等离子体清洗的方法恢复亲水性。

8.根据权利要求7所述的一种亲水性、抗菌牙种植体系统，其特征在于，储存溶液可以是去离子水、碱性溶液或各种盐溶液等，在储存过程中种植体表面能够产生纳米结构。

9.根据权利要求6所述的一种亲水性、抗菌牙种植体系统，其特征在于，该系统能够产生氧等离子体，对种植体、基台进行表面改性处理，制备出亲水性、抗菌的种植体。

10.根据权利要求9所述的一种亲水性、抗菌牙种植体系统，其特征在于，产生氧等离子体的方式可以采用直流放电、射频放电、中频放电、脉冲直流放电、弧光放电、激光放电、微波放电、常压等离子体放电等形式。