CN106691609A - 一种高亲组织耐腐蚀种植牙及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高亲组织耐腐蚀的种植牙及其制造方法，包括牙种植体本体与膨胀芯，所述牙种植体本体材料以钛合金为基材，外层镀有钽金属层及氧化钽镀层，所述钽金属层及氧化钽镀层是由多弧离子镀或磁控溅射镀的物理气相沉积技术制造而成；所述膨胀芯材料以钛合金为基材，外层镀钛钽合金镀层及钽银合金镀层。本发明的种植牙具有良好的高亲组织性、耐腐蚀以及良好的生物相容性，且本发明的复合材料的制备方法简单，镀层与基材达到良好的结合。

Description

一种高亲组织耐腐蚀种植牙及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种种植牙，属于医疗器械领域，尤其涉及一种高亲组织耐腐蚀及快速负重种植牙及其制造方法。

背景技术

口腔种植体是指植入到口腔颌面部组织内替代缺失的牙齿、缺损的骨组织以及骨组织畸形的矫正，以恢复患者的生理外形和功能的生物材料。种植体植入人体内，材料表面的物理化学性质及表面结构会显著的影响细胞的黏附、伸展、生长、增殖以及细胞的活性和导向。理想的生物材料的性能应包括优良的生物相容性及无生物降解性，能有效的行使功能和容易加工成形等。钛及钛合金具有适宜的机械力学性能和一定的生物相容性使得其在临床应用广泛，纯钛不引起局部和全身不良反应，且当纯钛植入骨后可与骨组织形成“骨融合”，因而成为牙科种植体中最有发展前景的医用材料之一。

然而，钛是生物惰性材料，其本身仍然不具备生物功能，现有纯钛种植体具有以下不足之处，1、耐腐蚀性不足，主要原因是：1)口腔缓解是一个良好的腐蚀环境，唾液(唾液含99％水分、少量有机物和无机盐类)和口腔食物残渣存留在牙齿根部，易引起细菌繁殖，局部形成菌斑，腐蚀牙体组织；2)钛在氟离子缓解中容易发生腐蚀，钛及钛合金不能暴露在含0.5％NaF的溶液中，而牙膏中含有氟化合物，氟与钛表面的氧化膜发生特异性化学反应，刷牙后导致表面氧化膜层被破坏，产生种植体腐蚀，从而影响钛的耐蚀性，在体内长期服役后表面发生腐蚀，游离出来的金属离子会进入组织中使其变质。2、具有排异性，排异发生率在3％左右。3、亲组织性差，种植后需要3-4个月才能与骨组织结合。

为了提高种植体的耐蚀性和高亲组织性，诱导与骨组织形成生物性结合，对种植体进行表面改性，经临床观察发现，羟基磷灰石与钽具有良好亲组织性，远优于钛，其中钽种植牙，与骨组织结合速度提高4倍，即种植后3-4周可以负重。但是，羟基磷灰石喷涂在牙种植体本体表面后，结合力不好，易脱落，不适合用于种植体表面；钽硬度高又易延展，用常规机械加工困难，虽然前期可以用模具冲压成型，但后期加工也很复杂，且其价格比纯钛种植牙高五倍以上。

因而，如何提高种植体的耐蚀性和高亲组织性，同时保证制造方法的加工简单、成本低廉是本发明急需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种高亲组织性与耐腐蚀又快速负重的种植牙及其制造方法，具体涉及牙种植体本体与膨胀芯，解决了种植牙的排异性、腐蚀性，又具有高亲组织性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高亲组织性与耐腐蚀的种植牙，包括牙种植体本体与膨胀芯，所述牙种植体本体与膨胀芯分别包括基材、镀层，所述镀层包括作为最内层镀层的钛金镀层、作为中间镀层的纯钽镀层、作为最外层镀层的钽复合镀层，由内向外分别镀在基材外侧，中间镀层与最内层镀层间还含有钛合金与钽合金的混镀层。

本发明所述高亲组织性与耐腐蚀的种植牙，所述钛合金镀层、纯钽镀层、钽复合镀层分别为一层或一层以上。

本发明所述高亲组织性与耐腐蚀的种植牙，所述最内层镀层厚度大20nm、中间镀层厚度为大于20nm、最外层镀层厚度大于100nm，总厚度大于140nm，优选200nm。

本发明所述高亲组织性与耐腐蚀的种植牙，所述牙种植体本体的钽复合镀层为氧化钽，其中掺杂锶元素，锶元素以重量百分比计含量为0.01-5％。

本发明所述高亲组织性与耐腐蚀的种植牙，所述膨胀芯的钽复合镀层为钽银合金，其中以重量百分比计，钽：银＝97-99％：1-3％，优选钽:银＝98％:2％。

本发明还提供了一种高亲组织性与耐腐蚀的种植牙的制造方法，采用多弧离子镀及磁控溅射镀的物理气相沉积方法，包括：步骤A：将被镀基材进行离子清洗，清洗后烘烤25-35分钟，干燥后装炉；步骤B：镀制：反应室抽真空至5×10^-3Pa，充入氩气，直流电源电流13-15A，多弧离子镀钛合金打底5-10分钟，开启磁控钽靶，采用磁控溅射或多弧离子镀钽，混镀5分钟后，关闭钛靶仅保留钽靶，磁控溅射镀钽复合层40-60分钟，冷却出炉。

本发明所述的种植牙的制造方法，牙种植体本体的钽复合层为氧化钽，在磁控溅射镀同时通入氧气，并且掺杂锶元素，锶元素以重量百分比计含量为0.01-2％；膨胀芯的钽复合层为钽银合金，其中以重量百分比计，钽：银＝97-99％：1-3％，优选钽：银＝98％：2％。

本发明人经过长期研究发现，氧化钽比纯钽化学性更加稳定，可以耐受各种酸、碱、微生物及口腔液体腐蚀，亲组织性更为优良，其口腔软组织也可以生长在表面，对种植体具有很好的封闭性。因此在牙种植体本体表面镀氧化钽镀层，从而使得牙种植体本体能够耐受各种酸、碱、微生物及口腔液体腐蚀，使其具有更为优良的亲组织性及耐腐蚀性。

由于牙种植体本体为钛基材，在其表面镀纯钛，使得金属界面为同种材料，金属相容性好；而混合镀层作为过渡镀层，是两种材料强制性相容；最外层的氧化钽镀层由于理化及生物相容性极佳，保证牙种植体本体的理化性质极佳。氧化钽镀层中掺加微量锶元素，不仅可以改善其组织相容性、降解性能，增加骨诱导性，还可以提高其机械强度。

由于在种植时，种植牙的牙种植体本体与膨胀芯间，有血液血浆成份，此可能成为细菌生长繁殖区，因此对膨胀芯的抗感染、杀菌的功能给予增强，掺杂银的目的是促进愈合速度及抗感染，可以达到自助清除细菌功能。

为了达到牙齿种植后快速负重，本发明设计了一种加压种植牙，包括外表面具有外螺纹结构的膨胀芯5、内表面具有内螺纹结构的牙种植体本体本体6、膨胀芯插入中空的牙种植体本体中，膨胀芯的外螺纹与牙种植体本体的内螺纹相对应；牙种植体本体上部和膨胀芯之间形成有负重台7，负重台与牙种植体本体连接为一体，且负重台的横截面呈圆弧面；膨胀芯以负重台的中心轴呈对称分布，膨胀芯的外表面为呈周向分布的圆弧面。所述牙种植体本体外表面粗化，镀有氧化钽镀层，嵌入骨组织8中。

本发明所述的加压种植牙，所述牙种植体本体外表面粗化，镀有氧化钽镀层，氧化钽镀层掺杂锶元素，锶元素以重量百分比计含量为0.01-2％，嵌入骨组织中。

本发明所述的加压种植牙，所述膨胀芯的钽复合层为钽银合金，其中以重量百分比计，钽：银＝97-99％：1-3％，优选钽：银＝98％：2％。

本发明所述的加压种植牙，所述加压种植牙中，负重台横截面直径比牙种植体本体横截面直径大3-4mm。使得膨胀芯在插入种植体本体过程中，插到负重台位置后停止。

本发明所述的加压种植牙，作为优选方案，所述加压种植牙中，所述牙种植体本体下部呈锥形，直径自上而下均匀减小，其外侧壁与牙种植体本体轴线呈现夹角，所述夹角是小于25度的锐角，优选10-15度。

本发明所述的加压种植牙，作为优选方案，所述加压种植牙中，所述牙种植体本体中下部均匀分布有缝隙，当膨胀芯插入时，缝隙受压变大。牙种植体本体的缝隙使得膨胀芯插入时膨胀的空间，形成加压固定的作用。加压种植牙表面与局部骨组织表面形成一定的压力，达到稳定种植的程度，即种植后可以快速负重。

由于早期负重，又会刺激骨组织的生长。使两次手术改变成一次手术，使现有3-4个月后负重，变成术后即刻负重，减轻医疗费用，节约医生工作时间，减少病人身心痛苦。

本发明制造的种植牙，具有高亲组织性及耐腐蚀性，且制造方法简单，易加工成型，抗感染抗菌能力强，使用寿命长，可以刺激骨质生长。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明所述的目的、方案将变得显而易见。

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的加压种植牙的结构示意图；

图4为本发明实施例3的牙种植体本体的结构示意图；

图5为本发明实施例3的牙种植体本体被膨胀芯插入后的结构示意图。

附图中，1为最内层镀层，2为中间镀层，3为最外层镀层，4为基材，5为膨胀芯，6为牙种植体本体，7为负重台，8为骨组织。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示的一种高亲组织性与耐腐蚀的种植牙的牙种植体本体，所述牙种植体本体包括基材4、镀层，所述镀层包括作为最内层镀层1的钛合金镀层、作为中间镀层2的纯钽镀层、作为最外层镀层3的氧化钽镀层，由内向外分别镀在基材外侧，中间镀层与最内层镀层间还含有钛合金与钽合金的混镀层。所述最内层镀层厚度为20nm-30nm、中间镀层厚度为20nm-30nm、最外层镀层厚度为100nm-150nm，使得总厚度为140nm-210nm之间。

制造方法包括：步骤A：将被镀基材进行离子清洗，清洗后烘烤25-35分钟，干燥后装炉；步骤B：镀制：反应室抽真空至5×10^-3Pa，充入氩气，直流电源电流13-15A，多弧离子镀钛合金打底5-10分钟，开启磁控钽靶，采用磁控溅射或多弧离子镀钽，混镀5分钟后，关闭钛靶仅保留钽靶，同时通入氧气，同时掺杂锶元素，锶元素以重量百分比计含量为0.01-2％；磁控溅射镀氧化钽40-60分钟，冷却出炉。其中表面镀氧化钽镀层，能够使得牙种植体本体能够耐受各种酸、碱、微生物及口腔液体腐蚀，使其具有更为优良的亲组织性及耐腐蚀性。添加锶元素，可以增强其组织诱导性。

实施例2

如图2所示的一种高亲组织性与耐腐蚀的种植牙的膨胀芯，所述膨胀芯包括基材4、镀层，所述镀层包括作为最内层镀层1的钛合金镀层、作为中间镀层2的纯钽镀层、作为最外层镀层3的钽银合金镀层，由内向外分别镀在基材外侧，中间镀层与最内层镀层间还含有钛合金与钽合金的混镀层。所述最内层镀层厚度为20nm-30nm、中间镀层厚度为20nm-30nm、最外层镀层厚度为100nm-150nm，使得总厚度为140nm-210nm之间。

制造方法包括：步骤A：将被镀基材进行离子清洗，清洗后烘烤25-35分钟，干燥后装炉；步骤B：镀制：反应室抽真空至5×10^-3Pa，直流电源电流13-15A，多弧离子镀钛合金打底5-10分钟，开启磁控钽靶，采用磁控溅射或多弧离子镀钽，混镀5分钟后，关闭钛靶仅保留钽靶，磁控溅射镀钽银合金40-60分钟，冷却出炉。其中以重量百分比计，钽：银＝98％：2％。其中掺杂银的目的是促进愈合速度及抗感染，可以达到自助清除细菌功能。

实施例3

如图3、图4、图5所示的加压种植牙，包括外表面具有外螺纹结构的膨胀芯5、内表面具有内螺纹结构的牙种植体本体6、膨胀芯插入中空的牙种植体本体中，膨胀芯的外螺纹与牙种植体本体的内螺纹相对应；膨胀芯5以负重台的中心轴呈对称分布，膨胀芯的外表面为呈周向分布的圆弧面；牙种植体本体上部和膨胀芯之间形成有负重台7，负重台与牙种植体本体连接为一体，且负重台的横截面呈圆弧面。所述牙种植体本体外表面粗化，镀有氧化钽镀层，嵌入骨组织8中。其中所述加压种植牙中，负重台横截面直径比牙种植体本体横截面直径大3-4mm。其中，所述加压种植牙中，所述牙种植体本体下部呈锥形，直径自上而下均匀减小，其外侧壁与牙种植体本体轴线呈现夹角，所述夹角是10-15度的锐角。

作为优选方案，所述牙种植体本体中下部均匀分布有缝隙，当膨胀芯插入时，缝隙受压变大。参见图4，为牙种植体本体未插入膨胀芯时的状态，当膨胀芯插入时，牙种植体本体缝隙被膨胀芯撑大，受压变大，见图5。牙种植体本体的缝隙使得膨胀芯插入时膨胀的空间，形成加压固定的作用。加压种植牙表面与局部骨组织表面形成一定的压力，达到稳定种植的程度，即种植后可以快速负重。

试验例

对牙种植体进行耐腐蚀性、生物相容性抗菌性、老化程度、结合力程度测试，具体方法及结果如下：

试验例1、盐雾试验

试验溶液：试验溶液采用氯化钠(分析纯)和去离子水配置，其浓度为(5±0.1％)(质量百分比)，雾化后的收集液，除挡板挡回部分外，不得重复使用；

试验条件：箱体内的温度35±2℃；饱和压力桶内温度47±1℃；饱和桶压力1Kgf；喷雾量：在工作空间任意位置，用面积为80cm²的漏斗收集连续雾化16h的盐雾沉降量，平均每小时应收集到1.0～2.0mL的溶液；

试验检测：根据连续雾化时间要求设置定时器为500小时，并打开定时器的开关，喷雾停止后30分钟内进行观察。将被测试件从盐雾箱中取出，在室内空气中自然干燥0.5h～1h；然后用温度不超过35℃的干净流动水将被测试样小心清洗，以去除试样表面残留的的盐雾溶液，接着以距试样30cm处压强不超过200Kpa的空气吹干。

试验结果：检查外观的缺陷情况，本发明种植牙经500小时5％NacCl喷雾检测后无点蚀、裂纹、气泡等分布，和试验前保持一致，即达到500小时不脱模的效果，不老化。

试验例2、草酸试验

试验溶液：试验溶液采用草酸(分析纯)和去离子水配置，其浓度为(10±0.1％)(质量百分比)，雾化后的收集液，除挡板挡回部分外，不得重复使用；

试验条件：种植牙作为阳极，倒入10％草酸溶液，以不锈钢杯作为阴极，接通电路。电流密度1A/cm²指，浸蚀时间24小时，浸蚀溶液温度20-50℃；

试验处理：浸蚀后用水冲洗干燥，显微镜下观察样品表面。

试验结果：检查外观的沟状组织、凹坑或缺陷情况，本发明种植牙经24小时10％草酸浸蚀后无沟状组织、凹坑或缺陷等分布，和试验前保持一致，即达到24小时无膜层脱落，说明其耐腐蚀性极强。

试验例3、结合力试验

试验方法：用刀口宽约10-12mm的百格刀横向与纵向，在样品表面划10×10个正方形小网格，以1mm为间隔，每一条划线深及基材；用软毛刷向格阵图形的两对角线轻轻向后5次向前5次刷样品表面；用3M胶带牢牢粘住被测试的小网格，并用橡皮擦用力擦拭胶带以加大胶带与被测区域的接触面积及力度；用手抓住胶带一端，在垂直方向迅速扯下胶带，用放大镜观察表面。

试验结果：观察发生脱落的十字交叉切割区的表面外观，切口边缘是否光滑，格子边缘是否有脱落，是否有镀层脱落。观察结果为膜层脱落应小于3％。

试验例4、抗菌试验

试件材料：上述实施例1、2制备的种植牙本体及膨胀芯。

试件细菌：变形链球菌(ATCC25175)

试件制剂：乳酪消化大豆胨琼脂培养基(TSA)，乳酪消化大豆胨肉汤(TSB),人工唾液(pH值为7.0)，Tris-HCL缓冲液；

试验方法：细菌的复苏、活化：取标准菌冻干菌种管，在无菌操作条件下打开，用吸管吸取适量TSB加入溶解，反复吹吸数次，使菌种融化分散，吸取少许菌种悬液接种于TSB培养液和TSA平板内，在80％N2，10％H2，10％CO2的条件下,置于37℃恒温箱培养48h，光学显微镜下对细菌进行观察，以检查菌种是否纯正。用无菌接种环刮取平板上的细菌，并接种于蛋白胨大豆肉汤，生长至稳定期后，以2000×g离心15分钟分离细菌，用3mL 50mmol/L的Tris-HCL缓冲液冲洗2次(pH为7.2)，细菌悬浮在缓冲液中，用比浊仪比浊，调整浓度至1.5×10⁵CFU/mL。试件先用无菌NaCl溶液、蒸馏水洗涤几次，取0.2mL的菌液分别滴在含镀层的样品上，表面覆盖灭菌的聚乙烯薄膜，铺平使菌液均匀分布在钛板表面。置于灭菌皿中于37℃恒温培养箱中培养24小时。取出试件后用含20mL培养液反复洗脱试件和覆盖膜，洗脱完毕后，取0.1mL稀释10、100、1000、lx104、1x105、lx106倍，形成6个浓度梯度。每个梯度的取1mL于TSA培养皿中，放到培养箱中培养24h观察各个梯度的菌落数，选出适合梯度的培养皿，进行菌落数的计算。

试验结果：抗菌率的计算公式为：

抗菌率＝(对照组菌落数——实验组菌落数)/对照组菌落数×100％，抗菌率均大于98％。

试验例5、相容性试验

试验方法：取BCA蛋白试剂盒中标准样品，按照说明说配置不同浓度的标准液，分别取25ul各组标转液，加入新的96孔板中，加入200U1BCA蛋白试剂盒显色剂，振动20s，将细胞培养板至于37℃孵育30min，去除培养板，冷却至室温，用酶标仪于562nm处读数，测定0D值，每组重复3次以上，结合标准液的给定浓度，拟合蛋白浓度与0D值之间的函数曲线。将实施例1样品放入24孔板，加入含20％FBS的DMEM培养基0.5ml，37℃孵育24小时，然后取出各组试件，放置到新的24孔板中，PBS冲洗3次，加入0.2％Triton-X100 0.5ml裂解材料表面蛋白，置于4℃冰箱过夜后，分别吸取25ul裂解液，加入新的96孔板中，加入200U1BCA蛋白试剂盒显色剂，振动20秒，将细胞培养板至于37℃孵育30inin，去除培养板，冷却至室温；

试验结果：用酶标仪于562nm处读数，测定0D值。根据拟合的函数计算各种样品的吸附蛋白量，细胞粘附率大于110％。

以上试验说明种植牙本体钽银合金镀层对于蛋白具有更好的吸附能力，有着良好生物相容性；并且抗菌性能强，结合力强，并且耐腐蚀性好，不易老化。

上文对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种高亲组织性与耐腐蚀的种植牙，包括牙种植体本体与膨胀芯，其特征在于，所述牙种植体本体与膨胀芯分别包括基材、镀层，所述镀层包括作为最内层镀层的钛镀层、作为中间镀层的纯钽镀层、作为最外层镀层的钽复合镀层，由内向外分别镀在基材外侧，中间镀层与最内层镀层间还含有钛合金与钽合金的混镀层。

2.根据权利要求1所述的种植牙，其特征在于，所述最内层镀层厚度大于20nm、中间镀层厚度大于20nm、最外层镀层厚度大于为100nm，总厚度大于140nm，优选200nm。

3.根据权利要求1-2任一项所述的种植牙，其特征在于，所述牙种植体本体的钽复合镀层为氧化钽，其中掺杂锶元素，锶元素以重量百分比计含量为0.01-2％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的种植牙，其特征在于，所述膨胀芯的钽复合镀层为钽银合金，其中以重量百分比计，钽：银＝97-99％：1-3％，优选钽:银＝98％:2％。

5.一种权利要求1-4任一项所述高亲组织性与耐腐蚀的种植牙的制造方法，采用多弧离子镀及磁控溅射镀的物理气相沉积方法，其特征在于，包括：步骤A：将被镀基材进行离子清洗，清洗后烘烤25-35分钟，干燥后装炉；步骤B：镀制：反应室抽真空至5×10^-3Pa，充入氩气，直流电源电流13-15A，多弧离子镀钛合金打底5-10分钟，开启钽靶，采用磁控溅射或多弧离子镀钽，混镀5分钟后，关闭钛靶仅保留钽靶，磁控溅射镀钽复合层40-60分钟，冷却出炉。

6.根据权利要求5所述的种植牙的制造方法，其特征在于，牙种植体本体的钽复合层为氧化钽，在磁控溅射镀同时通入氧气，并且掺杂锶元素，锶元素以重量百分比计含量为0.01-2％；膨胀芯的钽复合层为钽银合金，其中以重量百分比计，钽：银＝97-99％：1-3％，优选钽：银＝98％：2％。

7.一种加压种植牙，其特征在于，包括外表面具有外螺纹结构的膨胀芯、内表面具有内螺纹结构的牙种植体本体本体、膨胀芯插入中空的牙种植体本体中，膨胀芯的外螺纹与牙种植体本体的内螺纹相对应；牙种植体本体上部和膨胀芯之间形成有负重台，负重台与牙种植体本体连接为一体，且负重台的横截面呈圆弧面；膨胀芯以负重台的中心轴呈对称分布，膨胀芯的外表面为呈周向分布的圆弧面。

8.根据权利要求7所述的加压种植牙，其特征在于，所述加压种植牙中，负重台横截面直径比牙种植体本体横截面直径大3-4mm。

9.根据权利要求7-8任一项所述的加压种植牙，其特征在于，作为优选方案，所述加压种植牙中，所述牙种植体本体下部呈锥形，直径自上而下均匀减小，其外侧壁与牙种植体本体轴线呈现夹角，所述夹角是小于25度的锐角，优选10-15度。

10.根据权利要求7-9任一项所述的加压种植牙，作为优选方案，所述加压种植牙中，所述牙种植体本体中下部均匀分布有缝隙，当膨胀芯插入时，缝隙受压变大。