CN111372534A - 具有电刺激系统的牙科植入件及其生产方法 - Google Patents

具有电刺激系统的牙科植入件及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种具有使用电路的电刺激系统的牙科植入件，该牙科植入件包括多个堆叠的盘，每个盘包含内部通道以及在顶部盘表面和底部盘表面中的相应孔，并且每个通道包括作为电路的一部分的导电材料。通道还包括薄膜，该薄膜用作盘材料与电路材料之间的屏障。植入物还包括用于产生电场的电池或压电传感器。本公开的主要优点在于，通过电场刺激植入物的整个表面上的骨生长并促进抗微生物作用。

Description

具有电刺激系统的牙科植入件及其生产方法
技术领域
本公开属于牙科领域，更具体地属于牙科植入件领域，该牙科植入件通过电刺激促进与植入物相邻的骨组织的再生以及具有抗菌特性。
背景技术
对于具有电刺激的牙科植入件有几种提议，其目的是帮助与植入物相邻的骨组织的再生。大多数提议，包括以下专利US8,374,697、CN103006343和WO2006043748的示例，提出了一种植入物，其中，电极分别安装在植入物的上部和下部上，两者都安装在植入物的主体上。作用在植入物的下部上的电极穿过植入物主体的内部。这些文献中描述的植入物允许在这两个极之间产生电场(和电磁)。
在专利文献US2003/0153965中提出的另一种方法提出了使用聚合物和/或陶瓷基体的复合材料以及导电增强材料，例如碳纳米管，以便用于沿着植入物的两极传输电流。继而，专利文献US5738521提出了两个电极的放置，将其中一个电极放置在植入物中，且另一个放置在植入物外部的骨区域中，以便在这两个点之间产生电场。
在提出的所有解决方案中，总是只有两个极，它们安装在植入物的不同点，通常在植入物的相对点，或者甚至电极中的一个放置在植入物的外部，在它们之间产生电场。该电场将在两个极之间产生电流，从而刺激电流通过下颌骨和/或上颌骨组织的区域中的骨生长。电流将在两个极之间随机流动，通过骨组织的低电阻区域。
描述这些事实是为了说明本公开所解决的技术问题。
发明内容
本公开涉及一种牙科植入件，其基于钛、其合金或钛复合材料构成的，是生物相容的并且可以具有生物活性和/或抗菌性，并且其内部包含允许电场和电磁场到达植入物表面的多个点的电路，该电路是植入物主体的组成部分。该电路优选地由容纳在植入物顶部的小电池以及协调电刺激的芯片馈电，或者可选地由咀嚼力致动的压电部件馈电。压电部件优选地由生物相容性材料组成，例如钛酸钡(BaTiO3)或称为KNN的“铌酸盐钙钛矿”化合物((K，Na)NbO3)，当遭受由于诸如咀嚼的负荷而导致的变形时，压电部件产生电场。电路的材料优选为铂或铑或钯或银或金，或其它生物相容的导电材料。
本公开涉及一种装置(牙科植入件)，其中产生多个电场，这些电场位于植入物表面的多个点并被策略性地限定，电线电路是植入物主体的构成部分。还将提出获得植入物的方法。这种解决方案比现有的解决方案更有效，因为它在整个植入物表面上产生多个刺激，整个植入物表面将是一个整体，而不需要植入物主体中的几个部件。
具体地，植入物包括彼此重叠的一组盘，其中，每个盘在其表面(上表面和下表面)上包括用于放置电线(或电粉末)的垂直、水平和径向通道。每个盘通常在其侧部上具有允许电场接触骨骼或牙龈的四个孔。
当盘重叠时，这些孔将被定向以便沿着植入物的表面产生多个电场。盘的一个面的通道应优选包含一种极性，例如正极性，而另一面的通道包含相反的极性，例如负极性。当盘重叠时，植入物优选在其高度上交替地具有正极性和负极性。
获得部件的过程基于以下方法。对钛、其合金或复合材料的盘的加工将构成最终植入物的部分或圆形切片。一旦获得每个盘的形状，就在盘中形成通道，该通道用于插入电线或粉末，优选使用电线。这些通道应该用氧化膜充分绝缘，这样可以使电线相对于盘产生电绝缘。这些盘通道在电绝缘后，将填充有导电金属的电线或粉末，例如铂、铑、钯、金或银或其它生物相容的导电材料。在将电线或粉末结合到通道中之后，盘将被串联安装(重叠)，并在压力和温度下经受固结，以便通过烧结彼此连接，从而形成植入物的主体。
一旦获得植入物，就将电子元件(诸如电池和控制单元)或者压电部件(其产生在植入物表面的多个点生成电场所需的电能)安装在该植入物的顶部(在基牙中或者在牙冠中)并连接到植入物的电路。
该解决方案具有若干创新和优点，即：
该文献中提出的植入物的第一个主要优点是，由于在植入物表面上存在多个正负电极，因此存在产生于植入物表面上的多个电场。以这种方式，代替单个电场，产生分散在植入物表面上的多个电场，从而使骨再生和/或抗菌作用的刺激更加有效和可控。在植入物周围产生单个电场，该电场将以随机且控制不佳的方式引起通过组织的电流流动，因此在电流流动的情况下是有效的，而在电流不通过的情况下是无效的，并且如果整个电流流过小的体积则甚至是过量的，或者如果电流流过大的体积则是默认值，与之相比，提出的新解决方案允许沿着植入物的整个表面产生电流，使得该过程更加可控，因此通过电和/或磁刺激，使得骨再生和抗菌作用的过程更加有效，从而确保其以更加可控的方式在植入物的整个表面上发挥作用。
提出的植入物的第二个主要优点是植入物的布线电路是植入物主体的组成部分。在本提案中，与现有专利文献中电极安装在植入物上从而构成植入物的附加部件相反，在该提案中，电路是植入物主体的组成部分。
该解决方案的第三个主要优点是，它可以由电池甚至咀嚼力致动而工作。在有意识地可能没有咀嚼负荷的初始阶段，将由控制频率、致动周期和电势的控制单元以及提供电力的电池来促进电刺激。在已经存在咀嚼力的第二阶段，该控制单元和电池由压电装置代替，该压电装置在由咀嚼力致动时将产生电场。与现有专利文献相反，该优点允许该解决方案在第二稳定期间内起作用，即在植入体放置后的最初几个月内借助于电池，以及在植入体的整个使用寿命期间内借助于压电元件。该解决方案可以模拟骨骼中所含胶原蛋白的压电效应，从而使该植入物解决方案更接近骨骼本身的自然功能。
在本公开的一个实施例中，具有电路电刺激的牙科植入件可以包括：
多个重叠的盘，其中每个盘在其内部以及在其下端表面和上端表面中包括通道和相应的孔口，其中，每个通道包括包含在所述电路中的导电材料。
在一个替代实施例中，具有电路电刺激的牙科植入件包括：
多个重叠的盘，其中每个盘在其内部以及在其下端表面或上端表面包括通道和相应的外部孔口，其中，每个通道包括包含在所述电路中的导电材料。
一种牙科植入件的实施例，其中，每个通道包含绝缘膜和构成所述电路的电线或粉末。
在一个实施例中，每个盘在侧部上包括用于接触所述电路的多个孔，所述孔连接到每个盘的下端表面和上端表面的通道。
在一个实施例中，每个盘的上端表面的通道包括圆形通道和连接到所述圆形通道的一个或多个径向通道。
在一个实施例中，每个盘的下端表面的通道包括圆形通道和可以连接到所述圆形通道的一个或多个径向通道。
在一个实施例中，所述径向通道可以连接到每个盘的侧部上的孔口。
在用于通过两个电极性进行电刺激的牙科植入件的一个实施例中，每个盘的上端表面的通道和每个盘的下端表面的通道可以被配置为连接到相反的极性。
在一个实施例中，所述盘重叠，上端表面和下端表面与盘交替，上端表面和下端表面彼此颠倒。
在一个实施例中，每个盘可以在每个上端表面和下端表面中包括圆形通道，其中，下端表面的通道的半径小于上端表面的通道的半径。
在一个实施例中，每个盘的一个或多个内部通道在上端表面与下端表面之间。
在一个实施例中，每个盘包括两个内部通道，每个内部通道在上端表面与下端表面之间，其中，每个通道连接到上端表面和下端表面的圆形通道中的一个且仅一个通道。
在一个实施例中，每个盘通常包括在所述盘的外部的四个孔。
在一个实施例中，插入通道中的绝缘膜是氧化钛。
在一个实施例中，电线或粉末可以是导电金属材料。
在一个实施例中，金属材料可以优选为铂或铑或钯或金或银。
在一个实施例中，每个盘可以包括在1mm和4mm之间的厚度。
在一个实施例中，盘的数量取决于预期的植入物的尺寸和所述盘的厚度。
在一个实施例中，盘材料基于钛、其合金或复合材料。
在一个实施例中，盘被配置为通过烧结而重叠并连接。
在一个实施例中，电路位于植入物的顶部、牙冠或基牙中。
在一个实施例中，电路包括电池和相应的控制器或压阻元件。
在一个实施例中，在植入物的表面上发射5至100mv的多个电场。
在一个实施例中，获得牙科植入件的方法可以包括以下步骤：
-通过机械减影或激光烧蚀加工每个盘的孔和通道；
-在所述通道中产生绝缘膜，该绝缘膜通过激光加热或其他氧化过程或化学途径而获得；
-放置电线或粉末并通过激光或压力和温度将它们烧结或使其熔化；
-重叠每个盘，并在受控大气下，在5至200MPa优选50至100Mpa的压力以及800至1400℃的温度下对它们进行烧结2至60分钟的时间段；以及
-通过粒子喷砂或激光或酸蚀刻执行抛光或表面处理，以便生成所期望的表面纹理。
在一个实施例中，压力可以优选包括在50和100MPa之间。
在一个实施例中，优选的温度可以在1000℃和1100℃之间。
附图说明
为了更容易理解，附加以下图，这些图表示不旨在限制本说明书目的的优选实施例。
图1是植入物的盘的实施例的图示，该盘具有构成内部电路(在一个面上的正电路和在另一个面上的负电路)的孔，以及水平通道和径向通道及垂直通道。
图2是具有孔和通道的植入物的盘的示例的示意图，其中内部电路将插入有相应的保护性电屏障或电绝缘体。
图3是植入物的盘的模具示例的示意图，其中电路以粉末或电线的形式浸渍在图1所示的通道中。
图4是构成植入物主体的盘组件的实施例的示意图，其中内部电路已经浸渍在通道中。
图5是在压力和温度下对构成植入物的主体的盘进行烧结的过程的实施例的示意图，在盘重叠的情况下，内部电路浸渍在模具(例如石墨)内并经受压力和温度。
图6是最终植入物的实施例的图示，该植入物已经通过烧结而固结并且已经具有外螺纹，并且已经结合了内部电路。
图7示出植入物的实施例，其中控制单元和电池或压电元件已经安装在植入物的顶部、基牙或牙冠上，并且沿着植入物的表面产生电场。
具体实施方式
本公开包括一种牙科植入件，其由生物相容的金属或金属复合物组成，其在内部包含用于将电场带到植入物表面的多个点的电路。正电极和负电极沿着植入物15的表面成对地设置(图7)，以便产生多个微电场。该电路由小电池馈电，该小电池容纳在植入物13的顶部(图7)、基牙或牙冠中并与芯片13一起向电气系统供电，芯片13协调电刺激诸如电压强度、致动周期、频率等，或者可选地该系统由咀嚼力致动的压电部件13馈电。
植入物材料优选为钛或其合金，或者基于钛的复合材料。
植入物包括小盘1(图1)，每个盘的厚度可以介于1mm和4mm之间的范围内。关于这些过程，在形状为圆柱体的这些盘1中，孔和其中插入有植入物的电路的垂直通道3、5以及水平通道2和径向通道4通过机械减影或激光烧蚀等进行加工而成。这些通道应该涂有绝缘膜6，该绝缘膜6促进盘的材料(优选为钛)与电路的材料(铂或铑或金或银等)之间的电屏障。这个屏障很重要，因为它避免了电流在整个植入物中的随机扩散。因此，该膜由氧化钛形成，可以通过激光加热、其他氧化过程或化学途径获得。该膜可以有数十纳米至数十微米，这取决于膜的工艺和持续时间。
在获得膜6之后，放置电路，即径向通道、水平通道和垂直通道由金属材料7填充，诸如铂或铑或钯或金或银，以及其他生物相容且导电的金属。填充物可以由来自先前材料的线或粉末制成，并且通过激光或其他热源将这些线或粉末烧结或熔化，从而填充通道7。
然后将这些盘安装(重叠)(图4)，以产生植入物的几乎最终形状(图5)，并将其放置在由主体8、上部9和下部10组成的模具(由诸如石墨或其他耐火材料的材料制成)内，并在受控大气(例如氩气)下，在压力11(5和200MPa之间优选50和100MPa之间)(图5)和温度12(800和1400℃之间优选1000和1100℃之间)下，进行烧结2至60分钟的时间段，以使盘彼此固结并使构成植入物内部电气系统的材料固结。
在植入物的主体固结之后，其现在具有接近最终的几何形状(图6)，并且可以经受加工以限定最终的几何形状或螺纹。还可以对其进行抛光，或者通过粒子喷砂、酸蚀刻、激光等进行表面处理，以产生适于与骨组织良好连接的表面纹理。
基牙14应该安装在植入物上，信号处理中心和电池13或者压电部件13可以安装在基牙上，电池或压电元件将产生在植入物15的表面的多个点处生成电场所需的电能。植入物的表面中的电场可以在5至100mv的范围内。
参考文献：
[1]US 8,374,697 B2-电动牙螺钉植入物(Electrical dental screw implant)
[2]CN 103006343 B-牙科植入件微电刺激愈合装置(Dental implant micro-electrical stimulation healing device)
[3]WO 2006043748 A1-用于加速骨整合的装置(Apparatus for acceleratingosseointegration)
[4]US 2003/0153965A1-用于生物医学应用的导电纳米复合材料(Electricallyconducting nanocomposite materials for biomedical applications)
[5]US 5738521 A-使用电刺激加速金属骨植入物的骨整合的方法(Method foraccelerating osseointegration of metal bone implants using electricalstimulation)。
在一个实施例中，具有电刺激系统的牙科植入件的特征在于，它在其结构中包括盘，盘在其内部及其下表面和上表面包括通道2、4和相应的孔，其中每个通道包含绝缘膜6和构成电路的电线或粉末7；以及电子元件13。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，每个盘的通道是径向和水平的通道2、4以及垂直的通道3、5。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，每个盘通常包括在植入物外部的四个孔。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，插入通道中的绝缘膜是氧化钛。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，电线或粉末是导电金属材料。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，金属材料优选为铂或铑或钯或金或银。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，每个盘的厚度在1mm和4mm之间。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，盘的数量取决于预期植入物的尺寸和盘的厚度。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，盘的材料基于钛、其合金或复合材料。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，盘通过烧结而重叠并连接。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，电子元件位于植入物的顶部、牙冠或基牙中。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，电子元件由电池和相应的控制器或压阻元件组成。
在一个实施例中，牙科植入件的特征在于，它在植入物的表面上发射从5至100mv的多个电场。
在一个实施例中，获得植入物的方法的特征在于，它包括以下步骤：
-通过机械减影或激光烧蚀加工每个盘的孔和通道；
-在所述通道中产生绝缘膜，该绝缘膜通过激光加热或其他氧化过程或化学途径而获得；
-放置电线或粉末，并通过激光或压力和温度将它们烧结或熔化；
-重叠每个盘，并在受控大气下，在5至200MPa优选50至100Mpa的压力以及800和1400℃的温度下对它们进行烧结2至60分钟的时间段；以及
-通过粒子喷砂或激光或酸蚀刻执行抛光或表面处理，以便生成所期望的表面纹理。
在一个实施例中，该方法的特征在于，压力优选地包括在50和100MPa之间。
在一个实施例中，该方法的特征在于，优选的温度在1000℃和1100℃之间。
当在本文件中使用时，术语“包括(comprises)”或“包括(comprising)”旨在表示所提及的特征、元件、整体、步骤和部件的存在，但不阻止一个或多个其他特征、元件、整体、步骤和部件或其组合的存在或添加。
当然，本公开不以任何方式限制于本文件中描述的实施例，并且本领域普通技术人员可以预见到根据每种情况的要求对其进行修改并将其替换为等效技术特征的许多可能性，如所附权利要求书中限定的。所附权利要求进一步限定了优选实施例。

Claims (25)

1.一种具有电路电刺激系统的牙科植入件，所述牙科植入件包括：
多个重叠的盘，其中，每个盘在其内部以及在其下端表面和上端表面中包括通道和相应的外部孔，其中，每个通道包括包含在所述电路中的导电材料。
2.根据前一权利要求所述的牙科植入件，其中，每个通道包含绝缘膜和构成所述电路的电线或粉末。
3.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，每个盘在侧部上包括用于接触所述电路的多个孔，所述孔连接到每个盘的所述下端表面和所述上端表面的所述通道。
4.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，每个盘的所述上端表面通道包括圆形通道和连接到所述圆形通道的一个或多个径向通道。
5.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，每个盘的所述下端表面通道包括圆形通道和连接到所述圆形通道的一个或多个径向通道。
6.根据权利要求4或5所述的牙科植入件，其中，所述径向通道连接到每个盘的所述侧部上的孔。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于通过两个电极性进行电刺激的牙科植入件，其中，每个盘的所述上端表面的所述通道和每个盘的所述下端表面的所述通道被布置成连接到相反的极性。
8.根据前一权利要求所述的牙科植入件，其中，所述盘重叠，其中，所述上端表面和所述下端表面与盘交替，所述上端表面和所述下端表面彼此颠倒。
9.根据前一权利要求所述的牙科植入件，其中，每个盘在每个上端和下端表面中包括圆形通道，其中，所述下端表面的所述通道的半径小于所述上端表面的所述通道的半径。
10.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，每个盘的所述通道或内部通道在所述上端表面与所述下端表面之间。
11.根据权利要求10和11中任一项所述的牙科植入件，其中，每个盘包括两个内部通道，每个内部通道在所述上端表面与所述下端表面之间，其中，每个内部通道连接到所述上端表面和下端表面的所述圆形通道中的一个且仅一个通道。
12.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，每个盘包括在所述盘的外部的四个孔。
13.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，插入所述通道中的绝缘膜是氧化钛。
14.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，所述电线或粉末是导电金属材料。
15.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，所述金属材料是铂、铑、钯、金、银或其组合。
16.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，每个盘的厚度在1mm和4mm之间。
17.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，根据预期的所述植入物的尺寸和所述盘的厚度来预先定义盘的数量。
18.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，所述盘材料基于钛、其合金或复合材料。
19.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，所述盘被配置为通过烧结而重叠并连接。
20.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，其中，所述电路位于所述植入物的顶部、牙冠或基牙中。
21.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，所述牙科植入件包括电子元件、电池、相应的电池控制器、压阻元件或其组合。
22.根据前述权利要求中任一项所述的牙科植入件，被布置成使得在所述植入物的表面上发射5至100mv的多个电场。
23.一种获得权利要求1至22中任一项所述的牙科植入件的方法，包括以下步骤：
通过机械减影或激光烧蚀加工每个盘的所述孔和通道；
在所述通道中产生所述绝缘膜，所述绝缘膜通过激光加热或其他氧化过程或化学途径而获得；
放置所述电线或粉末并通过激光或压力和温度将它们烧结或熔化；
使每个盘重叠，并在受控大气下，在5至200MPa优选50至100Mpa的压力以及800至1400℃的温度下对它们进行烧结2至60分钟的时间段；
通过粒子喷砂或激光或酸蚀刻执行抛光或表面处理，以便生成所期望的表面纹理。
24.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述压力在50和100MPa之间。
25.根据权利要求23至24中任一项所述的方法，其中，所述温度在1000℃和1100℃之间。
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