CN109763028A - 一种个性化多孔抗菌牙根种植体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种个性化多孔抗菌牙根种植体的制备方法，本发明的特点是应用3D打印技术，以钛合金复合粉末的为制备材料，制备出齿根部拥有多孔结构的牙根植入体。制备出多孔齿根植入体弹性模量低有利于齿根与缺牙颌骨处的稳定结合，缩短植入物与生物骨组织愈合时间，有良好抗感染能力。

Description

一种个性化多孔抗菌牙根种植体的制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，特别是一种个性化多孔抗菌牙根种植体的制备方法。

背景技术

口腔种植手术是一种通过外科手术将口腔种植体植入到缺牙区的颌骨内，并在种植体上制作人造牙冠以替代缺失的天然牙行使其生理功能的手术。

传统形态的标准化尺寸种植体通常与拔牙窝形态不一致，会导致在即刻种植手术后种植体与骨组织间常存在间隙，很难获得良好的初期稳定性。在患牙缺失或拔除的3～4个月后，待缺牙区软组织与骨组织生长恢复到一定程度再行种植手术，其种植疗程比较长，而且会造成二次手术创伤。并且糟糕的口腔卫生会使种植体周围组织感染种植区发生感染，还有可能发生神经损伤。

基于上述目的，本发明开发一种本方法应用3D打印技术，以钛合金为主要材料的牙根种植体制备方法。实现制备具有更好的生物活性和生物相容性，抗菌抗氧化且密度、弹性模量接近口腔牙槽骨的牙根种植体。

发明内容

本发明目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种个性化多孔抗菌牙根种植体。提供了一种个性化多孔抗菌牙根种植体的制备方法，其特征在于：应用3D打印技术，用激光熔覆的方式，一次成型，制备出低弹性模量且有利于新骨形成，实现植入物与生物骨组织间产生紧密的骨性结合，缩短植入物与生物骨组织愈合时间的多孔齿根植入体。

方案所需材料按如下具体步骤制备：

步骤一：牙根材料钛合金复合粉末的制备。烧结选用配比为98%Ti+1.5%Zn +1.0%Mg+0.5%Ag（质量分数）平均粒径为21.2μm的Ti，30μm的Zn，55-100μm的Mg、Ag混合纳米粉在烘干箱里以150℃烘干11小时，将上述粉末在QM-3SP4J行星式球磨机里进行机械混粉24小时，粉末混合均匀后对其以80℃烘干1h，得到金属粉末；

步骤二：3D打印模型构建。针对扫描区域用MIMICS软件扫描获得的数据进行分离重建，得到拟拔除牙齿根部、基台区域的三维模型。利用Magic软件对三维模型进行数字化设计并调整好打印参数，作为待打印种植体模型；

步骤三：激光3D打印成型。打印种植体模型的数据拷贝到3D打印机中进行打印，设置总送粉量为0.9～5.0g/min,激光功率为100～300W，光斑直径为60～150μm 激光光束扫描速度为10mm/min，离焦量为+25mm，保护气Ar气流量为133ml/s；

步骤四：熔覆结束。将三维熔覆件放在白织灯加热的特定热氛围中保持50min，未熔化的粉末通过高压气流吹离支架，从而获得复杂的结构件。形成具有高度开放的多孔结构的材料。去除未熔粉末后，支架被放在氩气保护电子炉中烧结。第一阶加热（10℃/min）温度限制在400℃，然后保持50min以去除粘结剂。第二阶加热温度起始速率为20℃/min，达到最终烧结温度1400℃后保温110min，最后随炉冷却，得到个性化多孔抗菌牙根种植体。

优选的，上述步骤二牙根部设计为包括根尖和由多孔区与实心区组成的根部主体。

优选的，上述孔轴向横截面的形状为圆形，圆形直径为50μm。

优选的，上述步骤二牙根部与基台一次成型，基台部具有螺纹结构，螺纹间距为50-80μm。

优选的，上述步骤二牙根部具有螺纹结构，螺纹间距为90-150μm。

本发明中牙根复合材料元素的作用分别如下：

Ti具有优良的生物相容性，钛的加入增强了材料的强度、韧性。钛具有特殊的电流特性，对人体会产生有益的生理作用且其化学性安定，不会发生经时行的变化或变质；

Zn可提高合金的强度，同时有效促进室温下钛合金非基面滑移的发生，提高钛合金的加工能力；

Ag元素无细胞毒性，加入少量的银，会改善金属细胞的生物相容性以及金属的腐蚀和力学性能，并且银在化学状态下的抗菌活性使合金具有了良好抗感染能力。

与现有医用牙齿种植体制备技术相比，个性化多孔抗菌牙根种植体的制备具有如下优点：

(1）多孔结构利于成骨细胞的粘附、分化和生长，促使骨长入孔隙，加强植人体与骨的连接，实现植入物的固定，且大大缩短治疗周期。

(2）多孔材料的密度、强度和弹性模量可以通过改变孔隙度来调整，达到与被替换硬组织相匹配的力学性能(力学相容性)，如减弱或消除应力屏蔽效应，避免植人体周围的骨坏死。

(3）因添加了具有抗菌性能的生物相容性银、铜合金颗粒，可通过表面电荷效应或释放杀菌金属离子，具有明显广谱抗菌效果，有效降低金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、肠杆菌和MRSA等细菌在植入体表面的粘附；并通过可控释放抗菌金属离子，有效抵制其周围细菌引起的感染。

(4）3D打印制造技术能克服现加工技术制造个性化牙种植体的不足，有效解决了复杂牙种植体结构的加工工艺问题，同时使得牙种植体的设计形式及种类更具开放性。

附图说明

图1为个性化多孔抗菌牙根种植体结构示意图；

1为根尖，2为基台螺纹结构，3为基台，4为齿根实心区，5为齿根多空区。

具体实施方式

其制备方法包括以下步骤：

步骤一：牙根材料钛合金复合粉末的制备。烧结选用配比为98%Ti+1.5%Zn +1.0%Mg+0.5%Ag（质量分数）平均粒径为21.2μm的Ti，30μm的Zn，55-100μm的Mg、Ag混合纳米粉在烘干箱里以150℃烘干11小时，将上述粉末在QM-3SP4J行星式球磨机里进行机械混粉24小时，粉末混合均匀后对其以80℃烘干1h，得到金属粉末；

步骤二：3D打印模型构建。针对扫描区域用MIMICS软件扫描获得的数据进行分离重建，得到拟拔除牙齿根部、基台区域的三维模型。利用Magic软件对三维模型进行数字化设计并调整好打印参数，作为待打印种植体模型；

步骤三：激光3D打印成型。打印种植体模型的数据拷贝到3D打印机中进行打印，设置总送粉量为0.9～5.0g/min,激光功率为100～300W，光斑直径为60～150μm 激光光束扫描速度为10mm/min，离焦量为+25mm，保护气Ar气流量为133ml/s；

步骤四：熔覆结束。将三维熔覆件放在白织灯加热的特定热氛围中保持50min，未熔化的粉末通过高压气流吹离支架，从而获得复杂的结构件。形成具有高度开放的多孔结构的材料。去除未熔粉末后，支架被放在氩气保护电子炉中烧结。第一阶加热（10℃/min）温度限制在400℃，然后保持50min以去除粘结剂。第二阶加热温度起始速率为20℃/min，达到最终烧结温度1400℃后保温110min，最后随炉冷却，得到个性化多孔抗菌牙根种植体。

Claims (2)

1.一种个性化多孔抗菌牙根种植体的制备方法,应用3D打印技术，用激光熔覆的方式，一次成型，制备出低弹性模量且有利于新骨形成，实现植入物与生物骨组织间产生紧密的骨性结合，缩短植入物与生物骨组织愈合时间的多孔齿根植入体其特征在于包括以下步骤：

（1）牙根材料钛合金复合粉末的制备：烧结选用配比为98%Ti+1.5%Zn +1.0%Mg+0.5%Ag（质量分数）平均粒径为21.2μm的Ti，30μm的Zn，55-100μm的Mg、Ag混合纳米粉在烘干箱里以150℃烘干11小时，将上述粉末在QM-3SP4J行星式球磨机里进行机械混粉24小时，粉末混合均匀后对其以80℃烘干1h，得到金属粉末；

（2）3D打印模型构建：针对扫描区域用MIMICS软件扫描获得的数据进行分离重建，得到拟拔除牙齿根部、基台区域的三维模型，利用Magic软件对三维模型进行数字化设计并调整好打印参数，作为待打印种植体模型；

（3）激光3D打印成型：打印种植体模型的数据拷贝到3D打印机中进行打印，设置总送粉量为0.9～5.0g/min,激光功率为100～300W，光斑直径为60～150μm 激光光束扫描速度为10mm/min，离焦量为+25mm，保护气Ar气流量为133ml/s；

（4）熔覆结束：将三维熔覆件放在白织灯加热的特定热氛围中保持50min，未熔化的粉末通过高压气流吹离支架，从而获得复杂的结构件，形成具有高度开放的多孔结构的材料，去除未熔粉末后，支架被放在氩气保护电子炉中烧结，第一阶加热（10℃/min）温度限制在400℃，然后保持50min以去除粘结剂，第二阶加热温度起始速率为20℃/min，达到最终烧结温度1400℃后保温110min，最后随炉冷却，得到个性化多孔抗菌牙根种植体。

2.如权利要求1所述的个性化多孔抗菌牙根种植体的制备方法，其特征在于：

（1）牙根部设计为包括根尖和由多孔区与实心区组成的根部主体，孔轴向横截面的形状为圆形，圆形直径为50μm；

（2）牙根部具有螺纹结构，螺纹间距为90-150μm；

（3）基台部具有螺纹结构，螺纹间距为50-80μm。