CN107260342A - 一种3d打印仿生牙种植体及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种3D打印仿生牙种植体及其制作方法，属于牙种植体领域，该牙种植体可避免因种植体弹性模量与骨质的弹性模量相差大而导致的易松动脱落，具有较强的生物活性，可大大缩短骨愈合时间。该3D打印仿生牙种植体包括种植体本体，还包括与所述种植体本体外表面结合为一体的壳聚糖纳米涂层，所述种植体本体包括牙颈部基台和位于所述牙颈部基台下方的、与所述牙颈部基台一体式连接的牙根，其中，所述牙根为全层三维网状结构。本发明能够应用于牙种植体的即刻种植中。

Description

一种3D打印仿生牙种植体及其制作方法

技术领域

本发明属于牙种植体领域，尤其涉及一种3D打印仿生牙种植体及其制作方法。

背景技术

随着人类平均年龄的增长，牙齿的修复工作在医学领域日益重要，而牙齿种植是牙齿修复领域的关键技术。作为外部植入口腔内的牙种植体，其与牙槽骨链接强度、自身的力学性能以及生物相容性是影响牙种植体使用效果的主要因素。

目前商业化的牙种植体为全致密型种植体，其表面经喷砂、酸蚀处理形成纳米微结构，有利于骨细胞的生长，已成为公认较成功的骨替代材料。但是，全致密型的种植体存在着诸多缺陷：力学相容性差,其弹性模量(110Gpa)与骨质的弹性模量(2-18Gpa)相差太大,植入体与骨组织界面易产生应力集中和应力遮挡效应,骨界面易发生慢性疲劳破坏,导致植入体松动下沉和脱位,影响植入体的成功率；同时，其生物活性较差,缺乏骨诱导和骨传导能力,因而愈合时间较长,达到稳定的骨结合一般需要3-6个月的时间。并且，在将这种商业化的牙种植体应用于即刻种植时，也会存在拔牙创使即刻种植难以初期关闭创口以及种植初期稳定性差等问题。

因此，如何提供一种可克服目前因种植体弹性模量与骨质的弹性模量相差大而导致的易松动脱落，且能够缩短骨愈合时间的牙种植体，将是本领域所急需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种3D打印仿生牙种植体及其制作方法，该种植体可避免因种植体弹性模量与骨质的弹性模量相差大而导致的易松动脱落，且其具有较强的生物活性，从而能够大大缩短骨愈合时间。

为了达到上述目的，本发明的一方面提供了一种3D打印仿生牙种植体，包括种植体本体，还包括与所述种植体本体外表面结合为一体的壳聚糖纳米涂层，所述种植体本体包括牙颈部基台和位于所述牙颈部基台下方的、与所述牙颈部基台一体式连接的牙根，其中，所述牙根为全层三维网状结构。

作为优选技术方案，所述种植体本体是基于患者术前牙根3D图像形状的种植体本体。

作为优选技术方案，所述三维网状结构的孔径大小为300μm，孔隙率为30％-70％，优选孔隙率为50％。

作为优选技术方案，所述牙颈部基台包括龈上基台和位于所述龈上基台下方的龈下基台，所述龈上基台的顶部与牙冠相连接，所述龈上基台的底部与所述龈下基台的顶部相连续，所述龈下基台与所述牙根相连续。

作为优选技术方案，所述龈下基台的底部与牙槽骨相齐平，所述龈下基台的底部与牙槽骨相齐平，顶部与牙龈袖口相齐平。

作为优选技术方案，所述龈上基台的底部与所述龈下基台的顶部之间留有1mm的肩台，所述肩台具有与所述龈下基台呈45°的斜平面。

作为优选技术方案，所述龈上基台的近远中向以及颊舌向分别留有约1mm的固位沟。

作为优选技术方案，所述种植体本体的制作材料为20-50μm的钛粉末颗粒。

本发明的另一方面提供了一种如上述任一项技术方案所述的3D打印仿生牙种植体的制作方法，包括以下步骤：

获取患者术前的牙根3D图像，通过区域增长提取目标减数牙数据，建立仿生牙种植体的3D模型，对所述3D模型进行平滑、降噪、修整、优化后进行格式转化；利用选择性电子束烧结设备Q10制作3D实体，条件为：以钛合金粉末为原料，层厚0.05mm，生产速度80cm3/h，氦气作为惰性保护气体；将烧结完成后的产品在粉末回收系统中进行清理，回收粉末并进行超声波初次清洗，然后分别置于丙酮、乙醇和双蒸水中超声波振荡处理15分钟，重复清洗两次，然后置于37℃热恒温鼓风干燥箱中烘干，高温高压灭菌后得到3D仿生牙实体；

然后将所述3D仿生牙实体浸泡在含有壳聚糖的乙酸溶液与三聚磷酸钠溶液以体积比10:1混合形成的壳聚糖纳米温敏水凝胶涂层溶液中10分钟，取出后在37℃恒温鼓风干燥箱中干燥，重复3次，得到3D打印仿生牙种植体。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明所提供的3D打印仿生牙种植体是基于患者术前牙根3D图像形状的种植体本体，经技术处理后，利用3D打印技术可准确无误的制作与拔牙窝相匹配的种植体以进行植入，为其应用于即刻种植奠定基础，从而可克服拔牙创使即刻种植难以初期关闭创口以及种植初期稳定性差等问题。

2、本发明所提供的3D打印仿生牙种植体为多孔的仿生牙种植体，其接近骨小梁结构，同时该仿生牙种植体的三维网状结构空隙分布均匀，增加了种植体与骨结合的表面积，有利于血液的快速附着以及促进血液的代谢，有利于骨结合以及缩短骨结合时间。

3、本发明所提供的3D打印仿生牙种植体的表面涂布有抑制细菌生长的壳聚糖纳米涂层，具有低毒、良好的生物相容性和生物降解性，同时具有较强的抑制牙周致病菌的能力，以降低种植体周围炎的发生。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的3D打印仿生牙种植体的结构示意图；

在上述附图中，各附图标记代表：1-种植体本体；2-牙根；3-龈上基台；4-龈下基台；5-牙槽骨；6-牙龈袖口；7-肩台；8-固位沟。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种3D打印仿生牙种植体，包括种植体本体1，还包括与种植体本体1外表面结合为一体的壳聚糖纳米涂层，种植体本体1包括牙颈部基台和位于牙颈部基台下方的、与牙颈部基台一体式连接的牙根2，其中，牙根2为全层三维网状结构。

在上述结构中，牙根2为三维网状结构，与传统的牙种植体相比，此三维网状结构与骨小梁的结构相似，三维网状结构的空隙分布均匀，相互贯通，增加了牙种植体与骨结合的表面积，有利于血液的快速附着以及促进血液的代谢，从而有利于骨结合以及缩短骨结合时间。并且，在该结构中，种植体本体1外表面还结合有壳聚糖纳米涂层，其中，壳聚糖纳米粒是天然多糖中唯一存在的碱性氨基多糖，具有骨诱导能力，可促进成骨细胞的分化和生长，抑制破骨细胞的吸收；同时，壳聚糖水凝胶具有低毒、良好的生物相容性和生物降解性，含有其的温敏水具有较强的抑制牙周致病菌的能力，可有效降低种植体周围炎症的发生。

进一步，上述结构中的三维网状结构的孔径大小为300μm，孔隙率为30％-70％，优选孔隙率为50％。研究表明，孔隙率为30％、70％时分别与皮质骨(12.6-21GPa)、松质骨化(5-3.5GPa)的弹性模量相似，为避免产生牙种植体与骨界面应力集中、应力遮挡以及剪切力等现象，网格结构的孔隙率优选为50％，该孔隙率既可以保证牙种植体与骨有相似的弹性模量和强度，又可以保证成骨细胞的长入。

在上述结构中，种植体本体1是基于患者术前牙根2的3D图像形状的种植体本体1。具体的，其是经技术处理并获得共同就位道后利用3D打印技术准确无误制作的与拔牙窝相匹配的种植体。

相比于传统种植体的基台尺寸的大小是固定的，不能体现出“个性化”的要求，上述结构中的牙颈部基台的外形是仿照牙颈部设计的，其不仅能体现出“个性化”的要求，还能提供良好的修复体穿龈外形及边缘密合性、提供合适的共同就位道。具体的，在上述结构中，牙颈部基台包括龈上基台3和位于龈上基台3下方的龈下基台4，龈上基台3的顶部与牙冠相连接，龈上基台3的底部与龈下基台4的顶部相连续，龈下基台4与牙根2相连续。进一步，龈下基台4的外形具有实心、光滑的圆柱面，外型与拔除的患牙的牙颈部一致。龈上基台3的外形具有实心、光滑、聚合度为6°的斜平面，顶部为光滑的圆平面，其与牙冠以粘结的方式进行连接。

进一步，在上述结构中，龈下基台4的底部与牙槽骨5相齐平，龈下基台4的顶部与牙龈袖口6相平齐，高度为3mm；龈上基台3的底部与龈下基台4的顶部之间留有1mm的肩台7，肩台7具有与龈下基台呈45°的斜平面。这主要是考虑到种植体的牙龈袖口6为种植体与牙龈接触形成的界面，由牙槽骨5嵴顶冠方的结缔组织(约1mm)和结合上皮(约2mm)组成，在牙龈与种植体交界面形成生物学封闭，形成龈沟底部，维护种植体周围的健康。龈下基台4顶部与龈上基台3的底部交接的肩台7与龈沟底部相平齐，可防止种植体钛金属颜色透过牙龈或由于后期牙龈退缩造成的金属暴露，确保了种植牙的牙颈部的美学效果。由于该3D打印仿生种植体可于体外完成种植体与上部牙冠的粘接，实现高度抛光，因此可避免粘接剂外溢残留于龈沟对种植体周围软组织的不良刺激。同时，在龈上基台3的近远中向以及颊舌向分别留有约1mm的固位沟8，可增加冠与基台的接触面积，以确保有良好的固位力。

需要说明的是，传统牙种植体的表面处理多种多样，常用的方法为喷砂酸嗜表面处理。但为了可以形成天然的硼砂酸蚀效果，并且减少制作的步骤以及节省成本，本实施例所提供的牙种植体是以大小为20-50μm的钛粉末颗粒为原材料。

实施例2

本实施例还提供了一种上述3D打印仿生牙种植体的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：获取患者术前的牙根23D图像，通过区域增长提取目标减数牙数据，建立仿生牙种植体的3D模型，对3D模型进行平滑、降噪、修整、优化后进行格式转化；

步骤2：利用选择性电子束烧结设备Q10制作3D实体，条件为：以钛合金粉末为原料，层厚0.05mm，生产速度80cm3/h，氦气作为惰性保护气体；将烧结完成后的产品在粉末回收系统中进行清理，回收粉末并进行超声波初次清洗，然后分别置于丙酮、乙醇和双蒸水中超声波振荡处理15分钟，重复清洗两次，然后置于37℃热恒温鼓风干燥箱中烘干，高温高压灭菌后得到3D仿生牙实体；

步骤3：将3D仿生牙实体浸泡在含有壳聚糖的乙酸溶液与三聚磷酸钠溶液以体积比10:1混合形成的壳聚糖纳米温敏水凝胶涂层溶液中10分钟，取出后在37℃恒温鼓风干燥箱中干燥，重复3次，得到3D打印仿生牙种植体。

由本实施例所提供的上述步骤制备得到的3D打印仿生牙种植体与拔牙窝相匹配，与骨有相似的弹性模量和强度，可在避免松动脱落的同时，保证成骨细胞的长入。同时，其外层具有壳聚糖纳米涂层，具有较强的抑制牙周致病菌的能力，可有效降低种植体周围炎症的发生。在应用于即刻种植时，可有效解决即刻种植初期创口难以关闭以及种植初期稳定性不良等问题。

Claims (9)

1.一种3D打印仿生牙种植体，包括种植体本体，其特征在于，还包括与所述种植体本体外表面结合为一体的壳聚糖纳米涂层，所述种植体本体包括牙颈部基台和位于所述牙颈部基台下方的、与所述牙颈部基台一体式连接的牙根，其中，所述牙根为全层三维网状结构。

2.根据权利要求1所述的3D打印仿生牙种植体，其特征在于，所述种植体本体是基于患者术前牙根3D图像形状的种植体本体。

3.根据权利要求1所述的3D打印仿生牙种植体，其特征在于，所述三维网状结构的孔径大小为300μm，孔隙率为30％-70％，优选孔隙率为50％。

4.根据权利要求1所述的3D打印仿生牙种植体，其特征在于，所述牙颈部基台包括龈上基台和位于所述龈上基台下方的龈下基台，所述龈上基台的顶部与牙冠相连接，所述龈上基台的底部与所述龈下基台的顶部相连续，所述龈下基台与所述牙根相连续。

5.根据权利要求4所述的3D打印仿生牙种植体，其特征在于，所述龈下基台的底部与牙槽骨相齐平，顶部与牙龈袖口相齐平。

6.根据权利要求4所述的3D打印仿生牙种植体，其特征在于，所述龈上基台的底部与所述龈下基台的顶部之间留有1mm的肩台，所述肩台具有与所述龈下基台呈45°的斜平面。

7.根据权利要求4所述的3D打印仿生牙种植体，其特征在于，所述龈上基台的近远中向以及颊舌向分别留有约1mm的固位沟。

8.根据权利要求1-7任一项所述的3D打印仿生牙种植体，其特征在于，所述种植体本体的制作材料为20-50μm的钛粉末颗粒。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的3D打印仿生牙种植体的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取患者术前的牙根3D图像，通过区域增长提取目标减数牙数据，建立仿生牙种植体的3D模型，对所述3D模型进行平滑、降噪、修整、优化后进行格式转化；利用选择性电子束烧结设备Q10制作3D实体，条件为：以钛合金粉末为原料，层厚0.05mm，生产速度80cm³/h，氦气作为惰性保护气体；将烧结完成后的产品在粉末回收系统中进行清理，回收粉末并进行超声波初次清洗，然后分别置于丙酮、乙醇和双蒸水中超声波振荡处理15分钟，重复清洗两次，然后置于37℃热恒温鼓风干燥箱中烘干，高温高压灭菌后得到3D仿生牙实体；

然后将所述3D仿生牙实体浸泡在含有壳聚糖的乙酸溶液与三聚磷酸钠溶液以体积比10∶1混合形成的壳聚糖纳米温敏水凝胶涂层溶液中10分钟，取出后在37℃恒温鼓风干燥箱中干燥，重复3次，得到3D打印仿生牙种植体。