CN111671533A - 一种具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体及其制作方法，该种植体包括羟基磷灰石内芯、充填体和纯钛外壳，所述羟基磷灰石内芯及纯钛外壳都为存在不同孔隙大小和孔隙率的结构；羟基磷灰石内芯内芯注入含骨髓间充质干细胞或BMP‑2或柚皮苷或几种物质的混合物的水凝胶培养基，有助于促进种植体孔隙内骨的形成；种植体的纯钛外壳的冠方及羟基磷灰石内芯的阻挡层是为了防止牙龈处细胞及细菌进入支架并增强种植体的强度。本发明的个性化根型牙种植体形状仿生、设计科学并且骨诱导和骨结合性能优良，且具有一定的缓释作用，可长期促进骨形成的能力，并能起到抗菌的作用。

Description

一种具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体及其制作 方法

技术领域

本发明涉及牙体种植修复技术领域，具体涉及一种具有促成骨、抗炎作用的 组装式根型牙种植体。

背景技术

随着人们生活水平的提高，医疗技术的发展，种植牙越来越多成为缺牙患者 修复缺失牙的首选方式。在众多医生、研究者的共同努力下，种植手术的方式在 不断的更新；种植体的材形状、表面成骨性能也在不断地改变，以提高骨形成的 速度，适应不同患者的条件。

目前临床上使用的都是通过机械加工而成、形状规则的牙种植体，手术过程 中需通过种植设备在牙槽骨中制备与种植体相匹配的洞型，然后再将种植体植入 颌骨。常规的种植手术需要在拔除患牙后3个月，等待拔牙窝的骨愈合。这种手 术方式植入的种植体可以达到良好的初期稳定性，但是存在手术周期长、牙槽骨 丢失量大、手术次数多等不足之处。近几年，即刻种植技术的应用改善了部分常 规种植方式的不足之处，但是因为目前使用的种植体与牙槽窝不匹配，需要进行 多余骨质的去除以及在孔隙处充填骨粉，而且即便如此，仍然很难达到种植体的 初期稳定性，但是初期稳定性又对种植手术起了关键性作用。

更多的研究集中在种植体表面的改性，通过种植体表面微型貌的改变，或在 表面加入可提高骨形成的微量元素、蛋白等，以此增加种植体周围骨形成能力。 以上方式主要是利用增加种植体的表面积以及提高种植体周围细胞的成骨分化 能力来加快骨形成的速度。但是细胞对形貌改变的感知能力是有限的，而且不论 是表面的微型貌还是修饰的微量元素、蛋白等，在种植体植入牙槽窝的过程中都 存在脱落的可能性，并且后者在骨形成的作用时间、能力都是有限的。

针对一些并发其他疾病的患者，也有一些相对应的种植体表面改性措施，比 如增加抗炎因子，局部提高牙周炎、糖尿病患者局部的抗炎能力。但在上文也提 及，在种植体表面添加的材料，都容易在植入时发生脱落，而且持续时间有限。

目前已有研究团队报道了3D打印纯钛材料的相关研究结果，并通过体内外 研究证实了3D打印纯钛材料能够促进材料表面骨的形成(具体可参考以下文献： Mengfei Yu,Yihan Lin,Yu Liu,et al.Enhanced Osteointegration of Hierarchical Structured3D-Printed Titanium Implants.[J]ACS Appl.Bio Mater.2018,1,90-99)。

综上所述，本发明致力于提供一种具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种 植体，该种植体在即刻种植时可以保证种植体的初期稳定性，同时又具有较强的 促进成骨的能力以及长效抗菌能力，可弥补目前临床常规种植体的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可进行即刻种植的组装式根型牙种植体及其制 备方法，该新型牙种植体具有促进成骨、抗炎的作用。牙种植体周围的孔隙构造 有利于骨的长入，使种植体更加牢固，以增加种植体和牙槽骨的结合，并且具有 抗炎效果，总体提高了种植手术的疗效。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种仿生根型牙种植体，包括羟基磷灰石内芯、充填体和纯钛外壳，所述的 充填体和羟基磷灰石内芯自下而上依次设于纯钛外壳内，所述的充填体与纯钛外 壳为一体结构；所述羟基磷灰石内芯包括中空体部内芯段、缓释层和阻挡层，所 述中空体部内芯段位于所述内芯的正中心，所述缓释层设于羟基磷灰石内芯最外 侧，所述阻挡层设置在所述中空体部内芯段与缓释层之间、以及缓释层的上下底 面。

上述技术方案中，进一步地，所述纯钛外壳整体呈牙根状，所述纯钛外壳包 括冠方和根方，所述根方为多孔结构，其孔隙率为50-90％，孔隙大小100-800 μm。

更进一步地，所述缓释层是一种多孔结构，与所述纯钛外壳的根方连通，所 述多孔结构的孔隙率为50-90％，孔隙大小100-800μm。

进一步地，所述充填体包括充填体实体部和中空体部充填体段，所述中空体 部充填体段位于充填体实体部中央，中空体部充填体段的边缘设置有内螺纹。

更进一步地，所述充填体实体部由纯钛材料打印而成，致密度达95％以上。

进一步地，所述中空体部充填体段直径小于所述中空体部内芯段；所述中空 体部充填体段长度大于2mm。

进一步地，所述羟基磷灰石内芯的中空体部内芯段的边缘包裹有纯钛金属管。

进一步地，所述阻挡层的孔隙率15-25％，孔隙40-70μm，小于所述缓释层 孔隙。

所述羟基磷灰石内芯为多边形柱状体，可以防止中空体部内芯段的转动。

本发明还提供一种具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体的制备方法， 包括如下步骤：

第一步，利用CBCT拍摄所需种植牙位的牙根；

第二步：利用Mimics Research软件导入CBCT所摄影像，进行三维重建， 并以.stl格式导出；

第三步：利用CAD软件分别设计所述牙种植体的羟基磷灰石内芯和纯钛外 壳结构，充填体结构与纯钛外壳设计为一体结构。该种植体的羟基磷灰石内芯为 多边形的棱柱体，由缓释层、阻挡层和中空体部内芯段组成，缓释层为多孔结构， 孔隙间相互连通，与外侧纯钛外壳的根方相通，缓释层从内到外孔隙在100-800 μm的范围内依次递减，孔隙率为50-90％。阻挡层孔隙率较缓释层低，为15-25％。 种植体的纯钛外壳呈牙根状，分为冠方和根方，冠方致密度大于95％，与根方空 隙相通，孔径300-400微米，纯钛外壳内侧为充填体，致密度大于95％，充填体 上段打印长度大于2mm的管状结构。羟基磷灰石内芯与充填体中空位置相连通。

第四步：将所述牙种植体的纯钛外壳与充填体一体结构以及羟基磷灰石内芯 的设计数据输入到用于快速成型系统中，并且进行快速成型制造；

第四步：采用机械加工方法在所述羟基磷灰石内芯的通孔部位放入相匹配的 纯钛金属管，形成中空体部内芯段，在所述充填体上段管装结构中制造内螺纹孔；

第五步：种植体羟基磷灰石内芯在种植手术前一周注入含有细胞或生长因子 或抗菌材料或几种的混合物的水凝胶培养基混合物，光固化，进行细胞培养；

第六步：种植手术时拔除患牙牙根，放入或轻轻敲入种植体纯钛外壳与充填 体一体结构，确定位置准确后小心放入上述种植体羟基磷灰石内芯；

所述种植体纯钛外壳与充填体一体结构的快速成型利用选择性激光熔化成 型(SLM)技术；

所述种植体羟基磷灰石内芯快速成型利用光固化成型(SLA)技术；

所述细胞为人的骨髓间充质干细胞(h-BMSC)；

所述生长因子为重组人骨形态发生蛋白-2(BMP-2)；

所述抗菌材料为柚皮苷。

所述水凝胶可用胶原、基质胶、壳聚糖等替代。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

与现有的牙种植体相比，本发明制备的新型牙种植体，通过CBCT的扫描， 对患牙根型进行复制，打印出外形为牙根形状的种植体，可以直接取代需要拔除 的牙根，与牙槽窝匹配，能在即刻种植中可以获得足够的初期稳定性；其与牙槽 骨接触的部位为多孔结构，既提高了种植体与骨的接触面积，也便于骨长入种植 体，使种植体与骨牢固的结合；冠方为致密结构，增加种植体的强度及防止上方 的牙龈组织细胞、细菌的进入；另外，具有缓释结构的内芯中含有h-BMSC或 BMP-2或柚皮苷或几种的混合物，能促进骨的形成，而且具有抗菌作用，与水 凝胶混合，加上内芯的梯度孔隙结构，有利于生长因子和柚皮苷的长效作用，可 以提高存在局部炎症或者全身系统性疾病的患者种植成功率。

附图说明

图1为本发明根型种植体剖面图；

图2为本发明根型种植体主视图；

图3为本发明根型种植体羟基磷灰石内芯局部放大图；

其中，1，羟基磷灰石内芯；11，中空体部内芯段；12，缓释层；13，阻挡 层；14，骨髓间充质干细胞；15，BMP-2；16，柚皮苷；17，水凝胶；2，充填 体；21，充填体实体部；22，中空体部充填体段；3，纯钛外壳；31，冠方；32， 根方。

具体实施方式

实施例1：

如图1、2、3所示，本实施例提供一种具有促成骨、抗炎作用的组装式根型 牙种植体，包括用于后期植入牙槽窝的纯钛外壳3、以及自下而上依次设于纯钛 外壳3内的充填体2和储存细胞或细胞因子或抗炎物质的羟基磷灰石内芯1；所 述的充填体2与纯钛外壳3为一体结构；所述的纯钛外壳3包括冠方31和根方 32，所述冠方31致密，根方32为孔隙结构；所述纯钛外壳3内部、充填体2 上部空间加工成多边形棱台，与所述羟基磷灰石内芯1的形状匹配，共同构成根 型种植体结构；所述的充填体2包括充填体实体部21和中空体部充填体段22， 所述的中空体部充填体段22的边缘设有内螺纹；所述羟基磷灰石内芯1包括中 空体部内芯段11、缓释层12和阻挡层13，所述中空体部内芯段11位于所述羟 基磷灰石内芯正中心，其边缘包裹有纯钛金属管，所述缓释层12设于羟基磷灰 石内芯1最外侧，所述的缓释层12是由从内向外依次递减且相通的孔隙构成的 结构，所述阻挡层13设置在所述中空体部内芯段11与缓释层12之间、以及缓 释层12的上下底面，阻挡层13的孔隙率为15-25％。所述充填体2为纯钛材质。

在体外将所述骨髓间充质干细胞14或成骨相关因子BMP-2 15或抗炎成分 柚皮苷16或几种的混合物与水凝胶17混合，注入所述羟基磷灰石内芯1中的缓 释层12，光固化成型，体外培养一周。一周后拔除患牙，在牙槽窝中放入或轻 轻敲入纯钛外壳3与充填体2的一体结构，最后放入载有体外培养细胞的羟基磷 灰石内芯1。

实施例2：

一种具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体的成型方法，该方法基于 SLM、SLA快速成型及细胞培养，具体包括如下步骤：

S1、首先需要根据病人患牙建立个性化种植体牙根模型。

先对病人患牙进行CBCT扫描，获得的图像进行分层处理，按照不同的灰 度值获得牙根部分模型。

S2、得到牙根模型后，对其进行优化，修整，去除将会阻碍牙根放入牙槽窝 的部分。并且将牙根分为纯钛外壳3和充填体2以及羟基磷灰石内芯1结构。冠 方31设计为致密结构。在纯钛外壳3内设计充填体2，便于后期制备内螺纹。 羟基磷灰石内芯1结构将与纯钛外壳3的棱台凹陷结构匹配。除了冠方31、充 填体2及内芯阻挡层13之外的其他区域均为多孔结构且相互连通。

S3、种植体纯钛外壳3及充填体2模型的一体结构打印完成后，需要对充填 体2进行内螺纹的制作，此内螺纹是为了与上部基台及修复体进行连接，位于图3中的中空体部充填体段22的边缘处。

S4、羟基磷灰石内芯1打印完成后对通孔部位进行成型，放入纯钛金属管结 构进行密封，如图2的中空体部内芯段11部位。

S5、羟基磷灰石内芯1中的细胞培养或注入促进成骨、抗炎物质或混合后共 同培养。

根型牙种植体植入牙槽窝前一周，需要对羟基磷灰石内芯1中的细胞进行培 养或者直接注入促进成骨、抗炎的物质。具体过程如下：羟基磷灰石内芯1打印 完成后进行清洗、消毒，成骨诱导培养基37℃浸泡2小时，干燥备用。用成骨 诱导培养基配置3％的GelMA(1-7)，加入光引发剂，可选择性加入骨髓间充质 干细胞14或BMP-2 15或柚皮苷16或几者的混合物配置成混合液，过滤后备用。 将混合液加入到培养皿中的支架内，光固化。如加入了细胞，放入在37℃、5％CO₂的培养箱中培养一周。

S6、种植手术时，拔除患牙后搔刮拔牙窝，去除炎症组织及牙周膜，放入或 轻敲入纯钛外壳3及充填体2一体结构，具有一定的初期稳定性后，在纯钛外壳 3内的凹陷处放入匹配的羟基磷灰石内芯1，缝合术区。

Claims (10)

1.一种具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体，其特征在于，包括羟基磷灰石内芯、纯钛充填体和纯钛外壳，所述的纯钛充填体和羟基磷灰石内芯自下而上依次设于纯钛外壳内，所述的纯钛充填体与纯钛外壳为一体结构；所述羟基磷灰石内芯包括中空体部内芯段、缓释层和阻挡层，所述中空体部内芯段位于所述羟基磷灰石内芯正中心，所述缓释层设于羟基磷灰石内芯最外侧，所述阻挡层设置在所述中空体部内芯段与缓释层之间、以及缓释层的上下底面。

2.根据权利要求1所述的具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体，其特征在于：所述纯钛外壳整体呈牙根状，所述纯钛外壳包括冠方和根方，所述根方为多孔结构，其孔隙率为50-90％，孔隙大小100-800μm。

3.根据权利要求2所述的具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体，其特征在于：所述缓释层是一种多孔结构，与所述纯钛外壳的根方连通，所述多孔结构的孔隙率为50-90％，孔隙大小100-800μm。

4.根据权利要求1所述的具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体，其特征在于：所述充填体包括充填体实体部和中空体部充填体段，所述中空体部充填体段位于充填体实体部中央，中空体部充填体段的边缘设置有内螺纹。

5.根据权利要求4所述的具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体，其特征在于：所述充填体实体部由纯钛材料打印而成，致密度达95％以上。

6.根据权利要求4所述的具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体，其特征在于：所述中空体部充填体段直径小于所述中空体部内芯段；所述中空体部充填体段长度大于2mm。

7.根据权利要求1所述的具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体，其特征在于：所述羟基磷灰石内芯的中空体部内芯段边缘包裹有纯钛金属管。

8.根据权利要求1所述的具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体，其特征在于：所述阻挡层的孔隙率为15-25％，孔隙为40-70μm，小于所述缓释层孔隙。

9.根据权利要求1所述的具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体，其特征在于：所述羟基磷灰石内芯是多边形柱状体。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的具有促成骨、抗炎作用的组装式根型牙种植体的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，在种植前将包含骨髓间充质干细胞或BMP-2或柚皮苷或几种的混合物的水凝胶培养基注入所述羟基磷灰石内芯，

其次，将所述羟基磷灰石内芯的水凝胶固化后体外培养一周，

最后，将所述羟基磷灰石内芯放入所述纯钛外壳内。

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