CN106668939B

CN106668939B - 一种蚕丝蛋白种植牙及其制备方法

Info

Publication number: CN106668939B
Application number: CN201510766678.5A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2035-11-11
Also published as: CN106668939A

Abstract

本发明提供一种蚕丝蛋白种植牙及其制备方法，包括如下步骤：首先制备蚕丝蛋白溶液；然后将所述蚕丝蛋白溶液浓缩，并于模具中干燥，脱模后通过切削工艺制成蚕丝蛋白棒材；最后将所述蚕丝蛋白棒材切削成种植牙，还可以在种植牙表面粘接高硬度牙冠。通过调节分子量、调节固化参数、成型手段以及掺杂固相增强颗粒，可以调节并控制蚕丝蛋白的力学性能，以满足不同的临床需要。该发明提出的蚕丝蛋白牙种植体对人体无毒负作用，与人体组织具有良好的兼容性，可用以替代传统金属、陶瓷和聚合物材料牙种植体。

Description

一种蚕丝蛋白种植牙及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医药材料技术领域，涉及一种蚕丝蛋白种植牙及其制备方法。

背景技术

种植牙也称为人类的第三副牙齿，是一种以植入骨组织内的下部结构为基础来支持、固位上部牙修复体的缺牙修复方式。它包括下部的支持种植体和上部的牙修复体两部分。采用人工材料(如金属、陶瓷等)制成种植体(一般类似牙根形态)，经手术方法植入组织内(通常是上下颌)并获得骨组织牢固的固位支持，通过特殊的装置和方式连接支持上部的牙修复体。种植牙可以获得与天然牙功能、结构以及美观效果十分相似的修复效果，已经成为越来越多缺牙患者的首选修复方式。

钛及钛合金目前应用较为广泛，具有良好的生物相容性，但无生物活性。为了提高钛合金的生物活性，须在其表面制备羟基磷灰石等生物活性涂层。烤瓷牙是一种在真空条件下，通过高温将陶瓷粉熔融并结合到经过特殊处理过的金属表面上而制作成的修复体，从结构上分内冠和釉面瓷层，从质地上分为金属内冠、和全瓷内冠烤瓷。由于烤瓷牙冠边缘的不密合，会容易导致牙龈的炎症，长期发炎还会导致牙周疾病的发生。树脂修复是指因龋齿、楔状缺损、外伤等造成牙体组织缺损者，使用复合树脂材料进行修补，以恢复其外形和功能。如今，牙修复粘接技术和复合树脂材料已能够达到牢固美观的临床使用要求，但在树脂强度和人体组织兼容性方面仍需进一步提高。

蚕丝是熟蚕结茧时分泌液凝固而成的连续长纤维，蚕丝蛋白是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，含量约占蚕丝的70％～80％，含有18种氨基酸。蚕丝蛋白本身具有良好的机械性能和理化性质，并且与人体有极好的生物相容性，蚕丝蛋白材料在人体降解之后是氨基酸和多肽，对人体无毒害作用，所以蚕丝蛋白被广泛应用于生物医学研究领域。

发明内容

鉴于以上情况，本发明的目的在于提供一种蚕丝蛋白种植牙及其制备方法，用于解决现有技术中种植牙强度不够、和人体组织兼容性较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种蚕丝蛋白种植牙的制备方法，所述制备方法包括：

制备蚕丝蛋白溶液；

将所述蚕丝蛋白溶液浓缩，并于模具中干燥，脱模后通过切削工艺制成蚕丝蛋白棒材；

将所述蚕丝蛋白棒材切削成种植牙。

优选地，所述制备蚕丝蛋白溶液的方法为：

1)将蚕茧置于碳酸钠溶液中加热，进行脱胶，形成蚕丝；

2)将所述蚕丝置于超纯水中洗涤，重复数次，进行干燥；

3)将干燥后的所述蚕丝浸没于溴化锂溶液中并充分混合，保温一定时间，得到蚕丝蛋白与溴化锂的混合溶液；

5)将所述蚕丝蛋白与溴化锂的混合溶液装入透析袋中，置于超纯水中透析；

5)透析后，将所述透析袋中的溶液进行离心分离，收集上层清液，最终得到所需的蚕丝蛋白溶液。

优选地，所述步骤1)中，碳酸钠溶液的浓度为0～100g/L，蚕茧质量和碳酸钠溶液体积比为10：(1～100)g/L。

优选地，所述步骤1)中，加热方式为电炉加热或高压锅加热，加热温度为50～120℃，加热压强为0.5～1MPa，加热时间为1s～1000h。

优选地，所述步骤2)中，洗涤方式为搅拌洗涤或静置浸泡，其中，搅拌洗涤的搅拌方式为机械搅拌或磁力搅拌，磁力搅拌速度为1～2000r/min；单次洗涤过程中，蚕丝和水质量比为1：(10～1000)，时间为1s～200h，每次洗涤后取出蚕丝并挤干，洗涤重复次数为1～50次。

优选地，所述步骤2)中，进行干燥的方式为自然风干或加热通风干燥，其中，加热通风干燥的加热温度为40～100℃，干燥时间为0.1～100h。

优选地，所述步骤3)中，溴化锂溶液浓度为0.01～2g/mL，干燥的蚕丝质量和溴化锂溶液体积比为(1～100)：100g/mL。

优选地，所述步骤3)中，保温温度为20～100℃，保温时间为0.1～100h。

优选地，所述步骤4)中，透析袋规格为10～10000000Da，透析方式为静置透析或磁力搅拌透析，其中，磁力搅拌透析的搅拌速度为1～2000r/min，透析过程中换水的时间间隔为0.1～100h，每次所换超纯水的体积为1mL～1000L。

优选地，所述步骤5)中，离心分离的转速为1～40000r/min，时间为1s～10h，离心时的温度为-3～10℃。

优选地，所述蚕丝蛋白溶液的干燥方式为置于透析袋环境中干燥或在开放式环境中干燥固化，其中，所述透析袋规格为10～10000000Da，干燥环境为使用聚乙二醇溶液或空气环境，干燥固化过程的环境温度范围为10℃～90℃，环境湿度范围为20％～100％，干燥固化时间为1天～200天。

优选地，获得所述蚕丝蛋白溶液后，对所述蚕丝蛋白溶液进行固相增强颗粒的掺杂，浓缩并在所述模具中干燥形成蚕丝蛋白与固相增强颗粒复合材料，其中，掺杂的所述固相增强颗粒为陶瓷粉末、金属粉末或者聚合物粉末。

优选地，所述蚕丝蛋白棒材形状为圆柱形棒材、方形棒材或三角形棒材，直径范围为0.5～50mm，长度范围为1～500mm。

优选地，所述种植牙为含有牙根的种植牙或不含牙根的种植牙，所述含有牙根的种植牙直接塞入患者牙床内部，所述不含牙根的种植牙通过金属牙钉与患者面部骨骼结合。

优选地，制备形成所述种植牙后，在所述种植牙上粘接金属或陶瓷牙冠。

本发明还公开一种蚕丝蛋白种植牙，由上述方法制备获得。

如上所述，本发明的一种蚕丝蛋白种植牙及其制备方法，具有以下有益效果：

1、蚕丝蛋白是一种人体亲和性好、无免疫排斥反应的生物材料，在人体组织具有良好的兼容性，对人体无毒害作用。

2、通过控制蚕丝蛋白溶液制备参数、干燥固化参数和对蚕丝蛋白棒材进行后处理，可以控制蚕丝蛋白种植牙的力学性能，获得与人体骨骼力学参数、牙齿咬合匹配的优良性能种植牙。

3、本发明提出的蚕丝蛋白种植牙制备方法中不包括任何毒副作用化学试剂，因此，获得的蚕丝蛋白种植牙中无毒副作用化学试剂残留，具有良好的环境和人体适应性。

附图说明

图1为本发明制备方法的工艺流程图。

图2～图5为本发明制备蚕丝蛋白种植牙的结构流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种蚕丝蛋白基胶囊的制备方法，具体制备步骤为：

首先执行步骤S1，制备蚕丝蛋白溶液。

制备所述蚕丝蛋白微针的具体方法为：

1)将蚕茧置于碳酸钠溶液中加热，进行脱胶，形成蚕丝。

作为示例，所述碳酸钠溶液的浓度为0～100g/L，加入的蚕茧质量和碳酸钠溶液体积比为10：(1～100)g/L。加热方式为电炉加热或高压锅加热，加热温度为50～120℃，加热时间为1s～1000h。通过调节脱胶过程的工艺参数，可以控制蚕丝蛋白的分子量。

2)将所述蚕丝置于超纯水中洗涤，重复数次，进行干燥。

作为示例，本步骤所述洗涤可以是搅拌洗涤或者静置浸泡。其中，搅拌洗涤可以是机械搅拌或磁力搅拌。若采用磁力搅拌，则磁力搅拌速度为1r/min～2000r/min。单次洗涤过程中，蚕丝和水质量比为1：(10～1000)，时间为1s～200h，每次洗涤后取出蚕丝并挤干，洗涤重复次数为1～50次。干燥的方式为自然风干或加热通风干燥，其中，加热通风干燥的加热温度为40～100℃，干燥时间为0.1～100h。

3)将干燥后的所述蚕丝浸没于溴化锂溶液中，保温一定时间，得到蚕丝蛋白与溴化锂的混合溶液。

作为示例，所述溴化锂溶液的浓度为0.01～2g/mL，干燥的蚕丝质量和溴化锂溶液体积为(1～100)：100g/mL，保温温度为温度为20～100℃，保温时间为0.1～100h。

4)将所述蚕丝蛋白与溴化锂的混合溶液装入透析袋中，置于超纯水中透析。

作为示例，所述透析袋规格为10～10000000Da(道尔顿)，透析方式为静置透析或磁力搅拌透析，其中，磁力搅拌透析的搅拌速度为1～2000r/min，透析过程中换所述超纯水的时间间隔为0.1～100h，每次所换超纯水的体积为1mL～1000L。

作为示例，所述离心分离的转速为1r/min～40000r/min，时间为1s～10h，离心时的温度为-3℃～10℃。

然后制备步骤S2，将所述蚕丝蛋白溶液浓缩，并于模具中干燥，脱模后通过切削工艺制成蚕丝蛋白棒材。

所述蚕丝蛋白溶液的干燥方式为置于透析袋环境中干燥或在开放式环境中干燥固化，其中，所述透析袋规格为10～10000000Da，干燥环境为使用聚乙二醇溶液或空气环境，干燥固化过程的环境温度范围为10℃～90℃，环境湿度范围为20％～100％，干燥固化时间为1天～200天。通过调节温度和湿度来控制蚕丝蛋白的干燥速度。

在本步骤中，作为可选的方案，获得所述蚕丝蛋白溶液后，还可以对所述蚕丝蛋白溶液进行固相增强颗粒的掺杂，浓缩并在所述模具中干燥形成蚕丝蛋白与固相增强颗粒复合材料，这样能进一步调节蚕丝蛋白种植牙的硬度和其它力学性能。其中，掺杂的所述固相增强颗粒为陶瓷粉末、金属粉末或者聚合物粉末。

所述蚕丝蛋白棒材形状为圆柱形棒材、方形棒材或三角形棒材，当然，也可以是其他合适的棒材形状，在此不限。所述蚕丝蛋白棒材直径范围为0.5～50mm，长度范围为1～500mm。需要说明的是，方形、三角形等棒材的直径指得是水力直径。

接着执行步骤S3，将所述蚕丝蛋白棒材切削成种植牙。

根据具体的牙修复临床要求，将所述蚕丝蛋白棒材切削成种植牙。所述种植牙为含有牙根的种植牙或不含牙根的种植牙，所述含有牙根的种植牙直接塞入患者牙床内部，所述不含牙根的种植牙通过金属牙钉与患者面部骨骼结合。

作为可选方案，制备形成所述种植牙后，在对蚕丝蛋白种植牙的表面硬度作特殊要求的情况下制备相应的金属或陶瓷牙冠，并通过粘固剂粘结在所述蚕丝蛋白种植牙上。

实施例二

本实施例制备的是蚕丝蛋白种植牙。

如图2～图5所示，1为蚕丝蛋白溶液，2为蚕丝蛋白棒材，3为蚕丝蛋白种植牙，4为包含陶瓷牙冠的蚕丝蛋白种植牙。具体的实施步骤包括：

首先执行步骤S1：如图2所示，制备蚕丝蛋白溶液1。

具体的，在本实施例中，首先，每份10g蚕茧剪碎置于4L浓度为2g/L的碳酸钠溶液中，用电炉加热沸腾并磁力搅拌，转速为200r/min，加热时间为0.5h。

然后，将每份煮过的蚕丝置于2L超纯水中搅拌洗涤捏干，重复6次，再进行干燥，搅拌速度为200r/min，搅拌时间20min，每次所换超纯水的体积为2L，干燥方式为25℃、常压(0.1MPa)下干燥。

接着，将干燥的蚕丝浸没于浓度为0.98g/mL的溴化锂溶液中，溴化锂溶液的体积与干燥后蚕丝的关系为4mL:1g，在60℃保温4h，得到蚕丝蛋白与溴化锂的混合溶液。

接着，将蚕丝蛋白与溴化锂的混合溶液装入截留分子量为3500Da透析袋中，置于4L超纯水中透析，间隔0.5h换一次超纯水，每次换水体积4L，透析总共48h。

最后，透析过的蚕丝蛋白溶液在4℃下离心分离，转速12000r/min，离心时间30min，收集上层清液，最终得到所需的蚕丝蛋白溶液1。

然后执行步骤S2，如图3所示，将所述蚕丝蛋白溶液浓缩，并于模具中干燥，脱模后通过切削工艺制成蚕丝蛋白棒材2。

具体的，本实施例中，将蚕丝蛋白溶液1置于3500Da透析袋中挥发水分浓缩，获得重量百分比浓度为30％的蚕丝蛋白溶液；再将浓缩的蚕丝蛋白溶液在模具中干燥，干燥环境温度20℃、湿度40％、干燥时间60天，通过切削工艺制成蚕丝蛋白棒材2。

接着执行步骤S3，如图4所示，根据具体的牙修复临床要求，将所述蚕丝蛋白棒材切削成种植牙3。

本实施例中，如图5所示，使用陶瓷等制成牙冠，用粘固剂粘着在蚕丝蛋白种植牙体上，获得包含陶瓷牙冠的蚕丝蛋白种植牙4。

实施例三

本实施例制备的是二氧化锆陶瓷粉掺杂蚕丝蛋白种植牙。

具体的实施步骤包括：

首先执行步骤S1：制备蚕丝蛋白溶液。

接着，将蚕丝蛋白与溴化锂的混合溶液装入截留分子量为3500Da透析袋中，置于4L超纯水中透析，间隔0.5h换一次超纯水，每次换水体积4L，透析总共48h；

最后，透析过的蚕丝蛋白溶液在4℃下离心分离，转速12000r/min，离心时间30min，收集上层清液，最终得到所需的蚕丝蛋白溶液。

然后执行步骤S2，将所述蚕丝蛋白溶液浓缩，并于模具中干燥，脱模后通过切削工艺制成蚕丝蛋白棒材。

具体的，本实施例中，先在所述蚕丝蛋白溶液中添加二氧化锆陶瓷粉，蚕丝蛋白溶液和二氧化锆质量比为1：1，搅拌使其充分混合均匀，获得二氧化锆陶瓷粉掺杂蚕丝蛋白溶液；再将掺有二氧化锆陶瓷粉的蚕丝蛋白溶液置于3500Da透析袋中挥发水分浓缩，获得浓度30％的蚕丝蛋白溶液；再将浓缩的蚕丝蛋白溶液在模具中干燥，干燥环境温度20℃、湿度40％、干燥时间60天，通过切削工艺制成二氧化锆陶瓷粉掺杂的蚕丝蛋白棒材。

接着执行步骤S3，根据具体的牙修复临床要求，将所述蚕丝蛋白棒材切削成二氧化锆陶瓷粉掺杂的种植牙。

本实施例中，使用陶瓷等制成牙冠，用粘固剂粘着在蚕丝蛋白种植牙体上，获得包含陶瓷牙冠的二氧化锆陶瓷粉掺杂的蚕丝蛋白种植牙。

综上所述，本发明提供一种蚕丝蛋白种植牙的制备方法，包括如下步骤：首先制备蚕丝蛋白溶液；然后将所述蚕丝蛋白溶液浓缩，并于模具中干燥，脱模后通过切削工艺制成蚕丝蛋白棒材；最后将所述蚕丝蛋白棒材切削成种植牙，还可以在种植牙表面粘接高硬度牙冠。通过调节分子量、调节固化参数、成型手段以及掺杂固相增强颗粒，可以调节并控制蚕丝蛋白的力学性能，以满足不同的临床需要。该发明提出的蚕丝蛋白牙种植体对人体无毒负作用，与人体组织具有良好的兼容性，可用以替代传统金属、陶瓷和聚合物材料牙种植体。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种蚕丝蛋白种植牙的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

制备蚕丝蛋白溶液；

将所述蚕丝蛋白溶液放在透析袋中浓缩至重量百分比浓度为30％，再将浓缩后的蚕丝蛋白溶液放在模具中在开放式环境中干燥，脱模后通过切削工艺制成蚕丝蛋白棒材；

将所述蚕丝蛋白棒材切削成种植牙；

所述制备蚕丝蛋白溶液的方法为：

1)将蚕茧置于碳酸钠溶液中加热，进行脱胶，形成蚕丝；

2)将所述蚕丝置于超纯水中洗涤，重复数次，进行干燥；

4)将所述蚕丝蛋白与溴化锂的混合溶液装入透析袋中，置于超纯水中透析；

5)透析后，将所述透析袋中的溶液进行离心分离，收集上层清液，最终得到所需的蚕丝蛋白溶液；

其中，所述蚕丝蛋白溶液的干燥方式为置于透析袋环境浓缩，再在开放式环境中干燥固化，其中，所述透析袋规格为10～10000000Da，干燥环境为使用聚乙二醇溶液或空气环境，干燥固化过程的环境温度范围为10℃～90℃，环境湿度范围为20％～100％，干燥固化时间为1天～200天；

其中，所述步骤1)中，加热方式为电炉加热或高压锅加热，加热温度为50～120℃，加热压强为0.5～1MPa，加热时间为1s～1000h；

其中，获得所述蚕丝蛋白溶液后，对所述蚕丝蛋白溶液进行固相增强颗粒的掺杂，浓缩并在所述模具中干燥形成蚕丝蛋白与固相增强颗粒复合材料，掺杂的所述固相增强颗粒为二氧化锆陶瓷粉末。

2.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白种植牙的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，碳酸钠溶液的浓度为0～100g/L，蚕茧质量和碳酸钠溶液体积比为10：(1～100)g/L。

3.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白种植牙的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，洗涤方式为搅拌洗涤或静置浸泡，其中，搅拌洗涤的搅拌方式为机械搅拌或磁力搅拌，磁力搅拌速度为1～2000r/min；单次洗涤过程中，蚕丝和水质量比为1：(10～1000)，时间为1s～200h，每次洗涤后取出蚕丝并挤干，洗涤重复次数为1～50次。

4.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白种植牙的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，进行干燥的方式为自然风干或加热通风干燥，其中，加热通风干燥的加热温度为40～100℃，干燥时间为0.1～100h。

5.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白种植牙的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，溴化锂溶液浓度为0.01～2g/mL，干燥的蚕丝质量和溴化锂溶液体积比为(1～100)：100g/mL。

6.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白种植牙的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，保温温度为20～100℃，保温时间为0.1～100h。

7.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白种植牙的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，透析袋规格为10～10000000Da，透析方式为静置透析或磁力搅拌透析，其中，磁力搅拌透析的搅拌速度为1～2000r/min，透析过程中换水的时间间隔为0.1～100h，每次所换超纯水的体积为1mL～1000L。

8.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白种植牙的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，离心分离的转速为1～40000r/min，时间为1s～10h，离心时的温度为-3～10℃。

9.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白种植牙的制备方法，其特征在于，所述蚕丝蛋白棒材形状为圆柱形棒材、方形棒材或三角形棒材，直径范围为0.5～50mm，长度范围为1～500mm。

10.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白种植牙的制备方法，其特征在于，所述种植牙为含有牙根的种植牙或不含牙根的种植牙，所述含有牙根的种植牙直接塞入患者牙床内部，所述不含牙根的种植牙通过金属牙钉与患者面部骨骼结合。

11.根据权利要求1所述的蚕丝蛋白种植牙的制备方法，其特征在于，制备形成所述种植牙后，在所述种植牙上粘接金属或陶瓷牙冠。

12.一种蚕丝蛋白种植牙，由权利要求1～11任一项所述的制备方法制备获得。