CN110859997A - 具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了具有成骨‑抗炎‑血糖三维响应结构的牙种植体，由牙种植体和具有成骨‑抗炎‑血糖三维响应结构的药物控释体系组成，所述药物控释体系由成骨层、抗炎层和血糖感应层组成，成骨层由壳聚糖水凝胶和分散在其中的纳米羟基磷灰石组成，抗炎层由交联季铵化壳聚糖水凝胶和分散在其中的抗炎物质和葡萄糖氧化酶组成，血糖感应层是由葡萄糖氧化酶组成的涂层；牙种植体表面具有纳米孔结构，药物控释体系的成骨层填充在牙种植体的纳米孔结构中并将牙种植体包覆，抗炎层包覆成骨层，血糖感应层包覆抗炎层。该牙种植体能在高血糖状态下促进骨整合，为伴糖尿病牙种植患者提供新的抗炎处理技术，可满足伴糖尿病患者牙种植修复的临床需求。

Description

具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体及其制备方法
技术领域
本发明属于牙种植体领域，涉及具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体及其制备方法。
背景技术
种植修复已成为常规的牙列缺失或牙列缺损的修复手段。但对于复杂病例，如伴有糖尿病、骨质疏松等全身性疾病的患者，由于目前的钛种植体表面改性方式和制备工艺不能满足复杂的临床要求，种植修复仍是相对禁忌症，限制了其临床应用范围。因此，研发适用于伴全身疾病患者的牙种植体，成为了种植修复领域的新挑战。
糖尿病易导致骨代谢平衡失调，局部炎症反应加重，患者牙周组织严重破坏。高血糖促进体内炎症介质水平增高，是影响种植手术预后的重要因素。患者的术后血糖控制不良会导致种植体周围炎症介质增高，降低骨整合，引起种植体周围炎、种植体松动等并发症。因此，对于伴糖尿病患者的种植修复，不仅需要在高血糖状态下具有局部抗炎作用，而且需要具备适合骨组织长入的结构，促进骨整合，这样才有利于在种植修复时减少伴糖尿病患者的全身用药负担。
现有技术关于对牙种植体在抗菌和诱导成骨活性方面改性的报道，例如，CN102846386A公开了智能可释放抗菌成分的牙种植体，在种植体表面的纳米管中负载抗菌成分，在纳米管状结构层外覆盖具有pH响应性膜，实现在炎症环境中抗菌成分的控释，CN1451367A公开了诱导成骨生物活性人工牙根种植体材料，在牙种植体表面制备连续的生物活性梯度涂层，具有诱导成骨生物活性。然而，这种单一性质的表面改性难以同时获得理想的生物活性及抗炎效果，无法满足伴糖尿病患者牙种植修复的临床需求。因此，研发出以局部释药减轻全身用药负担、能在高血糖状态下促进骨整合的牙种植体及其制备方法，为伴糖尿病牙种植患者提供新抗炎处理技术是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体及其制备方法，以通过局部释药减轻全身用药负担、在高血糖状态下促进骨整合，为伴糖尿病牙种植患者提供新的抗炎处理技术，以更好地满足伴糖尿病患者牙种植修复的临床需求。
本发明提供的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，由牙种植体和包覆牙种植体的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的药物控释体系组成，
所述药物控释体系由成骨层、抗炎层和血糖感应层组成，成骨层由壳聚糖水凝胶和分散在壳聚糖水凝胶中的纳米羟基磷灰石组成，成骨层中纳米羟基磷灰石的含量为50wt.％～70wt.％，成骨层的水含量不超过20wt.％，抗炎层由交联季铵化壳聚糖水凝胶和分散在交联季铵化壳聚糖水凝胶中的抗炎物质和葡萄糖氧化酶组成，抗炎层中抗炎物质和葡萄糖氧化酶的含量分别为40wt.％～50wt.％、20wt.％～30wt.％，抗炎层的水含量不超过60wt.％，血糖感应层是由葡萄糖氧化酶组成的涂层；所述牙种植体表面具有纳米孔结构，药物控释体系的成骨层填充在牙种植体表面的纳米孔结构中并将牙种植体包覆，抗炎层包覆成骨层，血糖感应层包覆抗炎层。
上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的技术方案中，所述成骨层中还包括调控骨修复的蛋白质，纳米羟基磷灰石和调控骨修复的蛋白质分散在壳聚糖水凝胶中，调控骨修复的蛋白质的含量为10wt.％～25wt.％。优选地，所述调控骨修复的蛋白质为胰岛素生长因子Ⅰ、骨形态发生蛋白、转化生长因子以及碱性成纤维细胞生长因子中的至少一种。
上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的技术方案中，所述抗炎物质优选为甲硝唑、TNF-α抗体以及白细胞介素10中的至少一种。
上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的技术方案中，所述牙种植体表面的纳米孔结构的孔径优选为20nm～1μm，孔深优选为50～500nm。作为改性基础的牙种植体优选为金属或合金材质的牙种植体，进一步地，所述种植体为医用纯钛或钛合金种植体。
上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的技术方案中，所述成骨层、抗炎层和血糖感应层的厚度根据患者的实际情况进行确定和调整，优选地，成骨层的厚度为100nm～20μm，抗炎层的厚度为100nm～50μm，血糖感应层的厚度为100nm～30μm。
上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的技术方案中，构成抗炎层的交联季铵化壳聚糖水凝胶中，交联季铵化壳聚糖由季铵化壳聚糖与三聚磷酸钠交联反应形成。
本发明还提供了一种上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备成骨层
①将表面具有纳米孔结构的牙种植体置于0.5～2.0mg/mL的多巴胺溶液中浸泡12～24h，取出干燥；
②将1～5质量份纳米羟基磷灰石分散在水中形成羟基磷灰石悬液，将羟基磷灰石悬液与0～15质量份调控骨修复的蛋白和10～20质量份壳聚糖凝胶充分混合，将所得混合液滴加至经过步骤①处理的牙种植体表面，负压处理，使所述混合液进入牙种植体表面的纳米孔结构中并包覆牙种植体形成成骨层，干燥至成骨层的水含量不超过20wt.％，干燥后成骨层呈凝胶状态；
所述壳聚糖凝胶是壳聚糖浓度为0.01～0.1g/mL的壳聚糖水凝胶；
(2)制备抗炎层
将10～25质量份季铵化壳聚糖分散于水中形成季铵化壳聚糖凝胶，向季铵化壳聚糖凝胶中加入5～20质量份抗炎物质、1～10质量份葡萄糖氧化酶，充分混合，然后加入2～8质量份三聚磷酸钠，充分混合形成反应液，将经过步骤(1)处理的基底浸没于反应液中，使季铵化壳聚糖与三聚磷酸钠发生交联反应，同时三磷酸钠与成骨层中的部分壳聚糖发生交联反应，在成骨层表面形成抗炎层，然后干燥至抗炎层的水含量不超过60wt.％，干燥后抗炎层呈凝胶状态；
该步骤中控制交联反应的时间为20min～48h，所述季铵化壳聚糖凝胶中季铵化壳聚糖的浓度为5×10-4～1×10-1g/mL；
(3)制备血糖感应层
在经过步骤(2)处理的牙种植体表面涂覆1～10质量份浓度为0.1～2.0g/mL的葡萄糖氧化酶溶液，干燥，即在抗炎层表面形成血糖感应层，得到具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，经Co60照射消毒后密封，在0～4℃保存；
步骤(1)②、(2)和(3)中所述的干燥是指在温度不超37℃的条件下进行干燥。
作为优选的方案，上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法中，表面具有纳米孔结构的牙种植体的制备方法如下：
以牙种植体为阳极、石墨为阴极，以H2SO4溶液、HF溶液、H3PO4-HF混合酸或H2SO4-HF混合酸为电解液，采用电化学氧化法对牙种植体进行腐蚀，在牙种植体表面形成纳米孔结构，然后用水清洗，干燥，即得表面具有纳米孔结构的牙种植体；
所述H2SO4溶液的浓度为0.02～1.5mol/L，HF的浓度为0.05～2.0mol/L，H2SO4-HF混合酸中H2SO4的浓度为0.5～6.0mol/L、HF的浓度为0.05～0.50mol/L，H3PO4-HF混合酸中H3PO4的浓度为0.5～3.0mol/L、HF的浓度为0.05～0.50mol/L。
采用电化学氧化法对牙种植体进行腐蚀时，通常控制电压为5～35V、电流密度为0.2～15mA/cm2，电化学氧化时间为30s～60min；采用电化学氧化法对牙种植体进行腐蚀时，最好是采用水浴控制电解液的温度为室温。
更进一步优选地，在采用电化学氧化法对牙种植体进行腐蚀之前，采用以下方法对牙种植体进行预处理：对牙种植体进行喷砂处理以增加牙种植体表面的粗糙度，然后依次用丙酮、乙醇和水清洗，干燥后依次用HF-H2SO4混合酸和水清洗；所述HF-H2SO4混合酸中HF的浓度为0.2～1.5mol/L、H2SO4的浓度为2.0～7.0mol/L。
在制备表面具有纳米孔结构的牙种植体时，为了改善牙种植体表面的纳米孔结构，可以对电化学氧化法腐蚀后的牙种植体进行热处理。例如将电化学氧化法腐蚀后的牙种植体置于400～500℃进行热处理。
上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法步骤(1)中，所述的负压处理优选在在-0.4～-0.02MPa的条件下静置1～30min，优选控制负压处理时的温度为0℃～37℃。
上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法步骤(1)中，所述羟基磷灰石悬液的浓度优选为0.1～5.0g/mL。
上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法步骤(1)①中，优选将1～5质量份表面具有纳米孔结构的牙种植体置于多巴胺溶液中浸泡。
上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法步骤(1)②中，为了促进负压处理时所述混合液进入牙种植体表面的纳米孔结构中，可以采用分多次将所得混合液滴加至经过步骤①处理的种植体表面，并在每次滴加完之后于室温在负压条件下处理的方式，使混合液进入种植体表面的纳米孔结构中并包覆牙种植体表面。
上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法步骤(2)中，优选控制交联反应的时间为6～24h。
上述具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法步骤(3)中，所述的干燥是指干燥至血糖感应层表面无水分。
如图1～2所示，本发明提供的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，在牙种植体的基础上设计了包覆牙种植体的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的药物控释体系，所述药物控释体系以天然高分子物质壳聚糖及其衍生物季铵化壳聚糖为主要基质，由成骨层、抗炎层和血糖感应层组成，在成骨层中负载了纳米羟基磷灰石或者是在此基础上还负载了调控骨修复的蛋白质，在抗炎层中负载了抗炎物质和葡萄糖氧化酶，血糖感应层是由葡萄糖氧化酶组成的涂层。利用药物控释放体系的血糖响应的可调性，并结合药物的空间分布差异，达到不同药物阶段性释放的效果。该药物控释体系外层的葡萄糖氧化酶作为葡萄糖响应的最前沿，能在血糖浓度异常(例如11～15mmol/L及以上)时，迅速释放药物，中间层包埋葡萄糖氧化酶并负载抗炎物质，血糖响应后引起初级药物释放，且随着外层基质的缓慢降解也有葡萄糖氧化酶释放，维持pH环境，同时使剩余抗炎物质释放，以延长释药周期，在抗炎一段时间后，内层的纳米羟基磷灰石缓慢释放，牙种植体表面逐步形成有利于骨组织长入的纳米孔微结构，加入调控骨修复的蛋白，能更好地促进骨整合。
与现有技术相比，本发明的技术方案产生了以下有益的技术效果：
1.本发明提供了一种具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，在牙种植体的表面设计了包覆牙种植体的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的药物控释体系，该药物控释体系以天然高分子物质壳聚糖及其衍生物季铵化壳聚糖为主要基质，由成骨层、抗炎层和血糖感应层组成。该药物控释体系具有双层葡萄糖氧化酶，最外层的葡萄糖氧化酶涂层，作为葡萄糖响应的最前沿，能在血糖浓度异常时迅速释放药物，中间层包埋葡萄糖氧化酶并负载抗炎物质，血糖响应后引起初级药物释放，且随着外层基质的缓慢降解也有葡萄糖氧化酶释放，维持pH环境，调节基质孔径同时使剩余抗炎物质释放，延长释药周期，形成稳定的抗炎微环境，在抗炎一段时间后，内层的纳米羟基磷灰石缓慢释放，牙种植体表面逐步形成有利于骨组织长入的纳米孔微结构，加入调控骨修复的蛋白，能更好地促进骨整合。本发明提供牙种植体可通过局部释药减轻全身用药负担、在高血糖状态下促进骨整合，能更好地满足伴糖尿病牙种植这类复杂病例的临床需求。
2.本发明提供的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体中，作为改性基础的牙种植体的表面具有多孔微结构，这种多孔微结构不仅有利于周围细胞黏附，而且能负载羟基磷灰石及调控骨修复的蛋白，促进成骨细胞的黏附和增殖，有利于缩短骨整合的时间。
3.本发明提供的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体中，包覆牙种植体的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的药物控释体系的材料为可吸收降解材料，无毒无害，无需二次手术，药物控释体系采用的交联剂不影响蛋白活性，体系内负载抗炎物质能够在血糖浓度异常升高时迅速释放，抵抗高血糖引起的炎症状态，有利于高糖状态下牙周组织的抗炎和修复治疗。
4.本发明还提供了一种具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法，该方法的操作简单，可控性好，无需使用特殊试剂和设备，有利于生产成本的降低，具有容易实现生产的特点。
附图说明
图1是本发明提供的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的一种示意图，其中，(B)图是(A)的局部放大图，(C)图是(B)图的局部放大图；
图2是本发明提供的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的另一示意图，其中，(B)图是(A)的局部放大图，(C)图是(B)图的局部放大图；
图1～2中，
Figure BDA0002311936330000061
图3是实施例1的步骤(1)制备的表面具有纳米孔结构的种植体的扫描电镜图。
图4是图3的局部放大图。
图5是图4的局部放大图。
图6是实施例1制备的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体响应不同浓度的血糖后的抗炎物质24h累计释放特性曲线。
图7是实施例1制备的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体响应不同浓度的血糖后的抗炎物质一周累计释放特性曲线。
图8是实施例1制备的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体在植入伴糖尿病牙周炎的小鼠上颌骨3周后的甲苯胺蓝染色结果，放大倍数为30倍。
图9是实施例1制备的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体在植入伴糖尿病牙周炎的小鼠上颌骨3周后的甲苯胺蓝染色结果，放大倍数为80倍。
图10是实施例1制备的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体在植入伴糖尿病牙周炎的小鼠上颌骨3周后的甲苯胺蓝染色结果，放大倍数为200倍。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明提供的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体及其制备方法作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例中，提供具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法，步骤如下：
(1)制备表面具有纳米孔结构的牙种植体
①预处理
对表面带螺纹的纯钛种植体进行逐级喷砂处理，依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～20min，取出自然晾干，然后置于HF-H2SO4混合酸中，当观察到种植体表面无明显气泡产生时取出，立即放入去离子水中以免种植体表面被残留酸腐蚀，用去离子水超声清洗三遍，取出用滤纸吸干表面的水分后吹干，即完成预处理，保存于培养皿中，密封待用。
所述HF-H2SO4混合酸中HF的浓度为0.5mol/L、H2SO4的浓度为3.0mol/L。
②制备表面微结构
以经过预处理的种植体为阳极、石墨为阴极，以0.03mol/L的H2SO4溶液作为电解液，接通电源，在搅拌条件下采用电化学氧化法对种植体进行腐蚀，控制电压为35V、电流密度为6mA/cm2，电化学氧化时间为3min，同时通过水浴控制电解液的温度为室温，在电化学氧化完成后，在种植体表面形成了大量均匀分布的纳米孔结构，得到表面具有纳米孔结构的种植体，取出用去离子水反复冲洗后置于去离子水中超声清洗以去除电解液，自然风干。
(2)制备成骨层
①将2质量份表面具有纳米孔结构的种植体置于1.0mg/mL的多巴胺溶液中浸泡18h，多巴胺溶液的用量至少应该将表面具有纳米孔结构的种植体完全浸没，浸泡完成后取出干燥；
②将壳聚糖分散于去离子水中形成的壳聚糖浓度为0.02g/mL的壳聚糖凝胶，将2质量份纳米羟基磷灰石分散在去离子水中形成1g/mL的羟基磷灰石悬液；
将羟基磷灰石悬液滴加至5质量份壳聚糖凝胶中，边滴加边搅拌，滴加完毕之后继续搅拌1.5h，使二者充分混合，将所得混合液滴加至经过步骤①处理的种植体表面，在室温于-0.02MPa的条件下负压处理10min，使混合液进入种植体表面的纳米孔结构中并包覆牙种植体表面形成成骨层，然后在室温(不超过37℃)干燥24h，成骨层的水含量即不超过20wt.％，干燥后成骨层呈凝胶状态。
(3)制备抗炎层
将2质量份三聚磷酸钠用水溶解形成三聚磷酸钠溶液，将10质量份季铵化壳聚糖分散于去离子水中形成季铵化壳聚糖浓度为0.1g/mL的季铵化壳聚糖凝胶；
向季铵化壳聚糖凝胶中加入10质量份抗炎物质甲硝唑、1质量份葡萄糖氧化酶，在室温以5000rpm的转速搅拌20min使三者充分混合，然后向所得混合液中滴加三聚磷酸钠溶液并充分搅拌混合形成反应液，将经过步骤(2)处理的牙种植体浸没于反应液中，使季铵化壳聚糖与三聚磷酸钠发生交联反应，同时三磷酸钠与成骨层中的部分壳聚糖发生交联反应，所述牙种植体在反应液中保持12h后取出，即在成骨层的表面形成抗炎层，然后在室温(不超过37℃)干燥40min，抗炎层的水含量即不超过60wt.％，干燥后抗炎层呈凝胶状态。
(4)制备血糖感应层
在经过步骤(3)牙种植体表面涂覆5质量份浓度为0.15g/mL的葡萄糖氧化酶溶液，在室温(不超过37℃)干燥至表面无水分，在抗炎层的表面形成血糖感应层，得到具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体。
将具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体经Co60照射消毒后密封，在0～4℃保存。
采用Jeol JSM-5400LV型扫描电镜本实施例步骤(1)制备的表面具有纳米孔结构的种植体进行测试，结果如图3～5所示，由图3～5可以看出，经过步骤(1)的处理得到的种植体表面具有适合表面生物学改性和牙周组织细胞长入的孔隙结构，孔隙大小约为100nm～1μm。
将本实施例制备的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体置于不同浓度的葡萄糖溶液中进行抗炎物质释放特性测试，测试过程中每间隔一段时间采用Hitachi U-3900H型分光光度计测量抗炎物质甲硝唑的浓度，计算抗炎物质甲硝唑的累计释放率，本实施例制备的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体响应不同浓度的血糖后的抗炎药物的24h和一周累计释放特性曲线如图6～7所示，由图可知，本实施例制备的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，在血糖响应后引起初级药物释放，在血糖浓度异常时，可迅速显著释放药物，这对于伴糖尿病牙种植患者的抗炎处理是十分有益的，有利于在种植修复时减少伴糖尿病患者的全身用药负担。
将本实施例制备的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体植入伴糖尿病牙周炎的小鼠上颌骨中，具体为上颌第一磨牙位置，3周后，进行上颌骨甲苯胺蓝染色观察骨结合情况，结果如图8～10所示，本实施例制备的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，在植入体内后能获得良好的骨结合，牙种植体表面的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的药物控释体系基本均缓释后降解，对生物体无明显毒副作用。
实施例2
本实施例中，提供具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法，步骤如下：
(1)制备表面具有纳米孔结构的牙种植体
①预处理
对表面带螺纹的纯钛种植体进行逐级喷砂处理，依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～20min，取出自然晾干，然后置于HF-H2SO4混合酸中，当观察到种植体表面无明显气泡产生时取出，立即放入去离子水中以免种植体表面被残留酸腐蚀，用去离子水超声清洗三遍，取出用滤纸吸干表面的水分后吹干，即完成预处理，保存于培养皿中，密封待用。
所述HF-H2SO4混合酸中HF的浓度为0.5mol/L、H2SO4的浓度为3.0mol/L。
②制备表面微结构
以经过预处理的种植体为阳极、石墨为阴极，以H3PO4-HF混合酸作为电解液，H3PO4-HF混合酸中H3PO4的浓度为1.0mol/L、HF的浓度为0.075mol/L，接通电源，在搅拌条件下采用电化学氧化法对种植体进行腐蚀，控制电压为20V、电流密度为6mA/cm2，阳极与阴极之间的距离为4cm，电化学氧化时间为1h，同时通过水浴控制电解液的温度为室温，在电化学氧化完成后，在种植体表面形成了大量均匀分布的纳米孔结构，取出用去离子水反复冲洗后置于去离子水中超声清洗以去除电解液，自然风干。由于电化学氧化法形成的纳米孔结构—般是无定型的，本实施例将上述自然风干后的种植体置于烧结炉中，升温至450℃并在该温度保温3h，然后降温至室温，将纳米孔结构转变为锐钛脱矿型的纳米孔结构，得到表面具有纳米孔结构的种植体，烧结炉的升温和降温速率均为2℃/min。
(2)制备成骨层
①将1质量份表面具有纳米孔结构的种植体置于1.0mg/mL的多巴胺溶液中浸泡18h，多巴胺溶液的用量至少应该将表面具有纳米孔结构的种植体完全浸没，浸泡完成后取出干燥；
②将壳聚糖分散于去离子水中形成的壳聚糖浓度为0.02g/mL的壳聚糖凝胶，将2质量份纳米羟基磷灰石分散在去离子水中形成1g/mL的羟基磷灰石悬液；
将羟基磷灰石悬液滴加至5质量份壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，滴加完毕之后加入1质量份骨形态发生蛋白(BMPs)，继续搅拌1.5h，使三者充分混合，将所得混合液分3次滴加至经过步骤①处理的种植体表面，每次滴加完之后在室温于-0.02MPa的条件下负压处理10min，使混合液进入种植体表面的纳米孔结构中并包覆牙种植体表面，形成成骨层，然后在室温(不超过37℃)干燥24h，成骨层的水含量即不超过20wt.％，干燥后成骨层呈凝胶状态。
(3)制备抗炎层
将2质量份三聚磷酸钠用水溶解形成三聚磷酸钠溶液，将10质量份季铵化壳聚糖分散于去离子水中形成季铵化壳聚糖浓度为0.1g/mL的季铵化壳聚糖凝胶；
向季铵化壳聚糖凝胶中加入10质量份抗炎物质甲硝唑、1质量份葡萄糖氧化酶，在室温以5000rpm的转速搅拌20min使三者充分混合，然后向所得混合液中滴加三聚磷酸钠溶液并充分搅拌混合形成反应液，将经过步骤(2)处理的牙种植体浸没于反应液中，使季铵化壳聚糖与三聚磷酸钠发生交联反应，同时三磷酸钠与成骨层中的部分壳聚糖发生交联反应，所述牙种植体在反应液中保持12h后取出，即在成骨层的表面形成抗炎层，然后在室温(不超过37℃)干燥40min，抗炎层的水含量即不超过60wt.％，干燥后抗炎层呈凝胶状态。
(4)制备血糖感应层
在经过步骤(3)牙种植体表面涂覆5质量份浓度为0.15g/mL的葡萄糖氧化酶溶液，在室温(不超过37℃)干燥至表面无水分，在抗炎层的表面形成血糖感应层，得到具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体。
将具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体经Co60照射消毒后密封，在0～4℃保存。
实施例3
本实施例中，提供具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法，步骤如下：
(1)制备表面具有纳米孔结构的牙种植体
①预处理
对表面带螺纹的纯钛种植体进行逐级喷砂处理，依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～20min，取出自然晾干，然后置于HF-H2SO4混合酸中，当观察到种植体表面无明显气泡产生时取出，立即放入去离子水中以免种植体表面被残留酸腐蚀，用去离子水超声清洗三遍，取出用滤纸吸干表面的水分后吹干，即完成预处理，保存于培养皿中，密封待用。
所述HF-H2SO4混合酸中HF的浓度为0.5mol/L、H2SO4的浓度为3.0mol/L。
②制备表面微结构
以经过预处理的种植体为阳极、石墨为阴极，以0.03mol/L的H2SO4溶液作为电解液，接通电源，在搅拌条件下采用电化学氧化法对种植体进行腐蚀，控制电压为35V、电流密度为6mA/cm2，电化学氧化时间为3min，同时通过水浴控制电解液的温度为室温，在电化学氧化完成后，在种植体表面形成了大量均匀分布的纳米孔结构，得到表面具有纳米孔结构的种植体，取出用去离子水反复冲洗后置于去离子水中超声清洗以去除电解液，自然风干。
(2)制备成骨层
①将2质量份表面具有纳米孔结构的种植体置于1.0mg/mL的多巴胺溶液中浸泡18h，多巴胺溶液的用量至少应该将表面具有纳米孔结构的种植体完全浸没，浸泡完成后取出干燥；
②将壳聚糖分散于去离子水中形成壳聚糖浓度为0.02g/mL的壳聚糖凝胶，将2质量份纳米羟基磷灰石分散在去离子水中形成1g/mL的羟基磷灰石悬液；
将羟基磷灰石悬液滴加至5质量份壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，滴加完毕之后加入1质量份转化生长因子TGF-β1，继续搅拌1.5h，使三者充分混合，将所得混合液滴加至经过步骤①处理的种植体表面，在室温于-0.02MPa的条件下负压处理10min，使混合液进入种植体表面的纳米孔结构中并包覆牙种植体表面形成成骨层，然后在室温(不超过37℃)干燥24h，成骨层的水含量即不超过20wt.％，干燥后成骨层呈凝胶状态。
(3)制备抗炎层
将2质量份三聚磷酸钠用水溶解形成三聚磷酸钠溶液，将10质量份季铵化壳聚糖分散于去离子水中形成季铵化壳聚糖浓度为0.1g/mL的季铵化壳聚糖凝胶；
向季铵化壳聚糖凝胶中加入12质量份TNF-α抗体、1质量份葡萄糖氧化酶，在室温以5000rpm的转速搅拌30min使三者充分混合，然后向所得混合液中滴加三聚磷酸钠溶液并充分搅拌混合形成反应液，将经过步骤(2)处理的牙种植体浸没于反应液中，使季铵化壳聚糖与三聚磷酸钠发生交联反应，同时三磷酸钠与成骨层中的部分壳聚糖发生交联反应，所述牙种植体在反应液中保持12h后取出，即在成骨层的表面形成抗炎层，然后在室温(不超过37℃)干燥40min，抗炎层的水含量即不超过60wt.％，干燥后抗炎层呈凝胶状态。
(4)制备血糖感应层
在经过步骤(3)牙种植体表面涂覆6质量份浓度为0.1g/mL的葡萄糖氧化酶溶液，在室温(不超过37℃)干燥至表面无水分，在抗炎层的表面形成血糖感应层，得到具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体。
将具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体经Co60照射消毒后密封，在0～4℃保存。
实施例4
本实施例中，提供具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法，步骤如下：
(1)制备表面具有纳米孔结构的牙种植体
①预处理
以表面带螺纹的纯钛种植体作为负载药物控释体系的牙种植体，对表面带螺纹的纯钛种植体进行逐级喷砂处理，依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～20min，取出自然晾干，然后置于HF-H2SO4混合酸中，当观察到种植体表面无明显气泡产生时取出，立即放入去离子水中以免种植体表面被残留酸腐蚀，用去离子水超声清洗三遍，取出用滤纸吸干表面的水分后吹干，即完成预处理，保存于培养皿中，密封待用。
所述HF-H2SO4混合酸中HF的浓度为0.5mol/L、H2SO4的浓度为3.0mol/L。
②制备表面微结构
以经过预处理的种植体为阳极、石墨为阴极，以0.03mol/L的H2SO4溶液作为电解液，接通电源，在搅拌条件下采用电化学氧化法对种植体进行腐蚀，控制电压为35V、电流密度为6mA/cm2，电化学氧化时间为3min，同时通过水浴控制电解液的温度为室温，在电化学氧化完成后，在种植体表面形成了大量均匀分布的纳米孔结构，得到表面具有纳米孔结构的种植体，取出用去离子水反复冲洗后置于去离子水中超声清洗以去除电解液，自然风干。
(2)制备成骨层
①将1质量份表面具有纳米孔结构的种植体置于1.0mg/mL的多巴胺溶液中浸泡18h，多巴胺溶液的用量至少应该将表面具有纳米孔结构的种植体完全浸没，浸泡完成后取出干燥；
②将壳聚糖分散于去离子水中形成壳聚糖浓度为0.02g/mL的壳聚糖凝胶，将2质量份纳米羟基磷灰石分散在去离子水中形成1g/mL的羟基磷灰石悬液；
将羟基磷灰石悬液滴加至5质量份壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，滴加完毕之后加入1质量份胰岛素生长因子Ⅰ(IGFI)，继续搅拌1.5h，使三者充分混合，将所得混合液滴加至经过步骤①处理的种植体表面，在室温于-0.02MPa的条件下负压处理10min，使混合液进入种植体表面的纳米孔结构中并包覆牙种植体表面形成成骨层，然后在室温(不超过37℃)干燥24h，成骨层的水含量即不超过20wt.％，干燥后成骨层呈凝胶状态。
(3)制备抗炎层
将2质量份三聚磷酸钠用水溶解形成三聚磷酸钠溶液，将10质量份季铵化壳聚糖分散于去离子水中形成季铵化壳聚糖浓度为0.1g/mL的季铵化壳聚糖凝胶；
向季铵化壳聚糖凝胶中加入12质量份白细胞介素10(IL-10)、1质量份葡萄糖氧化酶，在室温以5000rpm的转速搅拌30min使三者充分混合，然后向所得混合液中滴加三聚磷酸钠溶液并充分搅拌混合形成反应液，将经过步骤(2)处理的牙种植体浸没于反应液中，使季铵化壳聚糖与三聚磷酸钠发生交联反应，同时三磷酸钠与成骨层中的部分壳聚糖发生交联反应，所述牙种植体在反应液中保持12h后取出，即在成骨层的表面形成抗炎层，然后在室温(不超过37℃)干燥40min，抗炎层的水含量即不超过60wt.％，干燥后抗炎层呈凝胶状态。
(4)制备血糖感应层
在经过步骤(3)牙种植体表面涂覆6质量份浓度为0.1g/mL的葡萄糖氧化酶溶液，在室温(不超过37℃的条件)干燥至表面无水分，在抗炎层的表面形成血糖感应层，得到具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体。
将具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体经Co60照射消毒后密封，在0～4℃保存。
实施例5
本实施例中，提供具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法，步骤如下：
(1)制备表面具有纳米孔结构的牙种植体
①预处理
以表面带螺纹的纯钛种植体作为负载药物控释体系的牙种植体，对表面带螺纹的纯钛种植体进行逐级喷砂处理，依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～20min，取出自然晾干，然后置于HF-H2SO4混合酸中，当观察到种植体表面无明显气泡产生时取出，立即放入去离子水中以免种植体表面被残留酸腐蚀，用去离子水超声清洗三遍，取出用滤纸吸干表面的水分后吹干，即完成预处理，保存于培养皿中，密封待用。
所述HF-H2SO4混合酸中HF的浓度为0.2mol/L、H2SO4的浓度为7.0mol/L。
②制备表面微结构
以经过预处理的种植体为阳极、石墨为阴极，以0.05mol/L的HF溶液作为电解液，接通电源，在搅拌条件下采用电化学氧化法对种植体进行腐蚀，控制电压为35V、电流密度为15mA/cm2，电化学氧化时间为30s，同时通过水浴控制电解液的温度为室温，在电化学氧化完成后，在种植体表面形成了大量均匀分布的纳米孔结构，得到表面具有纳米孔结构的种植体，取出用去离子水反复冲洗后置于去离子水中超声清洗以去除电解液，自然风干。
(2)制备成骨层
①将5质量份表面具有纳米孔结构的种植体置于2.0mg/mL的多巴胺溶液中浸泡12h，多巴胺溶液的用量至少应该将表面具有纳米孔结构的种植体完全浸没，浸泡完成后取出干燥；
②将壳聚糖分散于去离子水中形成壳聚糖浓度为0.1g/mL的壳聚糖凝胶，将5质量份纳米羟基磷灰石分散在去离子水中形成0.5g/mL的羟基磷灰石悬液；
将羟基磷灰石悬液滴加至5质量份壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，滴加完毕之后加入15质量份碱性成纤维细胞生长因子，继续搅拌3h，使三者充分混合，将所得混合液分3次滴加至经过步骤①处理的种植体表面，每次滴加完之后在室温于-0.4MPa的条件下负压处理1min，使混合液进入种植体表面的纳米孔结构中并包覆牙种植体表面形成成骨层，然后在室温(不超过37℃)干燥至成骨层的水含量不超过20wt.％，干燥后成骨层呈凝胶状态。
(3)制备抗炎层
将8质量份三聚磷酸钠用水溶解形成三聚磷酸钠溶液，将25质量份季铵化壳聚糖分散于去离子水中形成季铵化壳聚糖浓度为0.05g/mL的季铵化壳聚糖凝胶；
向季铵化壳聚糖凝胶中加入20质量份甲硝唑、10质量份葡萄糖氧化酶，在室温以5000rpm的转速搅拌30min使三者充分混合，然后向所得混合液中滴加三聚磷酸钠溶液并充分搅拌混合形成反应液，将经过步骤(2)处理的牙种植体浸没于反应液中，使季铵化壳聚糖与三聚磷酸钠发生交联反应，同时三磷酸钠与成骨层中的部分壳聚糖发生交联反应，所述牙种植体在反应液中保持6h后取出，即在成骨层的表面形成抗炎层，然后在室温(不超过37℃)干燥至抗炎层的水量含不超过60wt.％，干燥后抗炎层呈凝胶状态。
(4)制备血糖感应层
在经过步骤(3)牙种植体表面涂覆10质量份浓度为0.1g/mL的葡萄糖氧化酶溶液，在室温(不超过37℃的条件)干燥至表面无水分，在抗炎层的表面形成血糖感应层，得到具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体。
将具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体经Co60照射消毒后密封，在0～4℃保存。
实施例6
本实施例中，提供具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法，步骤如下：
(1)制备表面具有纳米孔结构的牙种植体
①预处理
以表面带螺纹的纯钛种植体作为负载药物控释体系的牙种植体，对表面带螺纹的纯钛种植体进行逐级喷砂处理，依次置于丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗10～20min，取出自然晾干，然后置于HF-H2SO4混合酸中，当观察到种植体表面无明显气泡产生时取出，立即放入去离子水中以免种植体表面被残留酸腐蚀，用去离子水超声清洗三遍，取出用滤纸吸干表面的水分后吹干，即完成预处理，保存于培养皿中，密封待用。
所述HF-H2SO4混合酸中HF的浓度为1.5mol/L、H2SO4的浓度为2.0mol/L。
②制备表面微结构
以经过预处理的种植体为阳极、石墨为阴极，以H2SO4-HF混合酸作为电解液，H2SO4-HF混合酸中H2SO4的浓度为0.5mol/L、HF的浓度为0.50mol/L接通电源，在搅拌条件下采用电化学氧化法对种植体进行腐蚀，控制电压为5V、电流密度为0.2mA/cm2，电化学氧化时间为60min，同时通过水浴控制电解液的温度为室温，在电化学氧化完成后，在种植体表面形成了大量均匀分布的纳米孔结构，得到表面具有纳米孔结构的种植体，取出用去离子水反复冲洗后置于去离子水中超声清洗以去除电解液，自然风干。
(2)制备成骨层
①将1质量份表面具有纳米孔结构的种植体置于0.5mg/mL的多巴胺溶液中浸泡24h，多巴胺溶液的用量至少应该将表面具有纳米孔结构的种植体完全浸没，浸泡完成后取出干燥；
②将壳聚糖分散于去离子水中形成壳聚糖浓度为0.01g/mL的壳聚糖凝胶，将1质量份纳米羟基磷灰石分散在去离子水中形成5g/mL的羟基磷灰石悬液；
将羟基磷灰石悬液滴加至20质量份壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，滴加完毕之后加入2质量份胰岛素生长因子Ⅰ(IGFI)，继续搅拌2h，使三者充分混合，将所得混合液滴加至经过步骤①处理的种植体表面，在室温于-0.02MPa的条件下负压处理30min，使混合液进入种植体表面的纳米孔结构中并包覆牙种植体表面形成成骨层，然后在室温(不超过37℃)干燥24h，成骨层的水含量即不超过20wt.％，干燥后成骨层呈凝胶状态。
(3)制备抗炎层
将4质量份三聚磷酸钠用水溶解形成三聚磷酸钠溶液，将20质量份季铵化壳聚糖分散于去离子水中形成季铵化壳聚糖浓度为0.005g/mL的季铵化壳聚糖凝胶；
向季铵化壳聚糖凝胶中加入5质量份甲硝唑、3质量份葡萄糖氧化酶，在室温以5000rpm的转速搅拌30min使三者充分混合，然后向所得混合液中滴加三聚磷酸钠溶液并充分搅拌混合形成反应液，将经过步骤(2)处理的牙种植体浸没于反应液中，使季铵化壳聚糖与三聚磷酸钠发生交联反应，同时三磷酸钠与成骨层中的部分壳聚糖发生交联反应，所述牙种植体在反应液中保持1h后取出，即在成骨层的表面形成抗炎层，然后在室温(不超过37℃)干燥至抗炎层的水含量不超过60wt.％，干燥后抗炎层呈凝胶状态。
(4)制备血糖感应层
在经过步骤(3)牙种植体表面涂覆1质量份浓度为2g/mL的葡萄糖氧化酶溶液，在室温(不超过37℃的条件)干燥至表面无水分，在抗炎层的表面形成血糖感应层，得到具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体。

Claims (10)

1.一种具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，其特征在于，由牙种植体和包覆牙种植体的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的药物控释体系组成，
所述药物控释体系由成骨层、抗炎层和血糖感应层组成，成骨层由壳聚糖水凝胶和分散在壳聚糖水凝胶中的纳米羟基磷灰石组成，成骨层中纳米羟基磷灰石的含量为50wt.％～70wt.％，成骨层的水含量不超过20wt.％，抗炎层由交联季铵化壳聚糖水凝胶和分散在交联季铵化壳聚糖水凝胶中的抗炎物质和葡萄糖氧化酶组成，抗炎层中抗炎物质和葡萄糖氧化酶的含量分别为40wt.％～50wt.％、20wt.％～30wt.％，抗炎层的水含量不超过60wt.％，血糖感应层是由葡萄糖氧化酶组成的涂层；所述牙种植体表面具有纳米孔结构，药物控释体系的成骨层填充在牙种植体表面的纳米孔结构中并将牙种植体包覆，抗炎层包覆成骨层，血糖感应层包覆抗炎层。
2.根据权利要求1所述的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，其特征在于，所述成骨层中还包括调控骨修复的蛋白质，纳米羟基磷灰石和调控骨修复的蛋白质分散在壳聚糖水凝胶中，调控骨修复的蛋白质的含量为10wt.％～25wt.％。
3.根据权利要求2所述的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，其特征在于，所述调控骨修复的蛋白质为胰岛素生长因子Ⅰ、骨形态发生蛋白、转化生长因子以及碱性成纤维细胞生长因子中的至少一种。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，其特征在于，所述抗炎物质为甲硝唑、TNF-α抗体以及白细胞介素10中的至少一种。
5.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，其特征在于，所述牙种植体表面的纳米孔结构的孔径为20nm～1μm，孔深为50～500nm。
6.根据权利要求5所述的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，其特征在于，所述牙种植体为金属或合金材质的牙种植体。
7.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，其特征在于，所述成骨层的厚度为100nm～20μm，抗炎层的厚度为100nm～50μm，血糖感应层的厚度为100nm～30μm。
8.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备成骨层
①将表面具有纳米孔结构的牙种植体置于0.5～2.0mg/mL的多巴胺溶液中浸泡12～24h，取出干燥；
②将1～5质量份纳米羟基磷灰石分散在水中形成羟基磷灰石悬液，将羟基磷灰石悬液与0～15质量份调控骨修复的蛋白和5～20质量份壳聚糖凝胶充分混合，将所得混合液滴加至经过步骤①处理的牙种植体表面，负压处理，使所述混合液进入牙种植体表面的纳米孔结构中并包覆牙种植体形成成骨层，干燥至成骨层的水含量不超过20wt.％，干燥后成骨层呈凝胶状态；
所述壳聚糖凝胶是壳聚糖浓度为0.01～0.1g/mL的壳聚糖水凝胶；
(2)制备抗炎层
将10～25质量份季铵化壳聚糖分散于水中形成季铵化壳聚糖凝胶，向季铵化壳聚糖凝胶中加入5～20质量份抗炎物质、1～10质量份葡萄糖氧化酶，充分混合，然后加入2～8质量份三聚磷酸钠，充分混合形成反应液，将经过步骤(1)处理的基底浸没于反应液中，使季铵化壳聚糖与三聚磷酸钠发生交联反应，同时三磷酸钠与成骨层中的部分壳聚糖发生交联反应，在成骨层表面形成抗炎层，然后干燥至抗炎层的水含量不超过60wt.％，干燥后抗炎层呈凝胶状态；
该步骤中控制交联反应的时间为20min～48h，所述季铵化壳聚糖凝胶中季铵化壳聚糖的浓度为5×10-4～1×10-1g/mL；
(3)制备血糖感应层
在经过步骤(2)处理的牙种植体表面涂覆1～10质量份浓度为0.1～2.0g/mL的葡萄糖氧化酶溶液，干燥，即在抗炎层表面形成血糖感应层，得到具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体，经Co60照射消毒后密封，在0～4℃保存；
步骤(1)②、(2)和(3)中所述的干燥是指在温度不超37℃的条件下进行干燥。
9.根据权利要求8所述的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法，其特征在于，表面具有纳米孔结构的牙种植体的制备方法如下：
以牙种植体为阳极、石墨为阴极，以H2SO4溶液、HF溶液、H3PO4-HF混合酸或H2SO4-HF混合酸为电解液，采用电化学氧化法对牙种植体进行腐蚀，在牙种植体表面形成纳米孔结构，然后用水清洗，干燥，即得表面具有纳米孔结构的牙种植体；
所述H2SO4溶液的浓度为0.02～1.5mol/L，HF的浓度为0.05～2.0mol/L，H2SO4-HF混合酸中H2SO4的浓度为0.5～6.0mol/L、HF的浓度为0.05～0.50mol/L，H3PO4-HF混合酸中H3PO4的浓度为0.5～3.0mol/L、HF的浓度为0.05～0.50mol/L。
10.根据权利要求9所述的具有成骨-抗炎-血糖三维响应结构的牙种植体的制备方法，其特征在于，采用电化学氧化法对牙种植体进行腐蚀时，控制电压为5～35V、电流密度为0.2～15mA/cm2，电化学氧化时间为30s～60min。
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