CN111921008B - 一种亲水性种植体的处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种亲水性种植体的处理工艺。具体技术方案为：一种亲水性种植体的处理工艺，将经过喷砂酸蚀处理后的种植体，用碱溶液和酸溶液依次进行处理，再对处理后的种植体进行真空煅烧。本发明解决了现有技术中种植体由于其亲水性差而导致植入后愈合时间长的问题。

Description

一种亲水性种植体的处理工艺
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种亲水性种植体的处理工艺。
背景技术
亲水性种植体因表面含有亲水性基团，可快速和体液中的水分子结合，血液和体液中的血浆蛋白、血小板、钙离子等同水分子一起沉积在种植体表面，进而形成大量的磷灰石。磷灰石是骨细胞的主要成分，亲水性基团的引入缩短了成骨细胞吸附和分裂生长的时间，同时也大大提高了种植体的成活概率。
目前，市面上的种植体大多为普通疏水性产品，其表面处理工艺大多为喷砂酸蚀，由于酸蚀过程中浓硫酸的强氧化性，钛材表面会生成一层薄薄的二氧化钛，二氧化钛可快速地结合水分子，使酸蚀后的产品表现出良好的亲水性，但酸蚀后的产品由于长时间暴露在空气中，其表面的二氧化钛层会吸附碳氢原子，发生化学键的结合后疏水性增强，水分子不能顺利地结合钛材，不利于成骨细胞的攀附。因此，其植入后需要3～6个月左右的愈合时间，愈合周期长。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种亲水性种植体的处理工艺，解决了现有技术中种植体由于其亲水性差而导致植入后愈合时间长的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种亲水性种植体的处理工艺，将经过喷砂酸蚀处理后的种植体，用碱溶液和酸溶液依次进行处理，再对处理后的种植体进行真空煅烧。
优选的，将真空煅烧后的种植体进行清洗后，在氮气保护下进行紫外灯照射，最后在氮气氛围中进行密封保存。
优选的，所述喷砂酸蚀处理的具体过程为：使用80～180目白刚玉在0.1～0.4MPa压力下喷砂30～50s；然后将种植体放入硫酸和盐酸的混合酸中进行酸蚀。
优选的，所述硫酸与盐酸的体积比为2～8:1～5，酸蚀的温度为60～80℃，时间为20～30min。
优选的，所述碱溶液为氨水，酸溶液为柠檬酸。
优选的，所述氨水的浓度为2～7mol/L，处理种植体的时间为5～8h，温度为40～50℃。
优选的，所述柠檬酸的浓度为5～10g/L，在常温下，处理种植体的时间为1～3min。
优选的，所述真空煅烧的真空度为10-2Pa，温度为550～650℃，时间为120～180min。
优选的，采用超声波清洗的方式对煅烧后的种植体进行清洗，超声的温度为40～60℃，超声时间为10～20min。
优选的，所述紫外灯照射的波长为100～300nm，照射距离为3～10cm，照射时间为0.5～2h；在对种植体进行紫外灯照射时，紫外灯照射的空间内，循环通入氮气。
本发明具备以下有益效果：
1.经过本发明处理后的种植体由于表面含有大量的Ti-OH亲水性基团，可诱导钙离子和磷酸根沉积而形成钛溶胶，钛溶胶表面带有负电，会源源不断地吸引带正电的钙离子，钙离子累积的同时，带负电的磷酸根也会被吸引至钛材表面沉积，从而形成类骨磷灰石。而且，Ti-OH基团还有效隔绝了碳原子和氢原子的吸附，使其表现出的亲水性可以长时间保存。亲水性种植体在植入牙槽骨后，愈合周期由普通种植体的3-6个月缩短至1个月左右，有效缩短了种植周期，同时提高了产品的成活率。
2.本发明采用氨水处理的方式在钛材(种植体)表面生成凝胶状的钛氧化物，避免了现有技术中使用高浓度的具有强腐蚀性的氢氧化钠溶液，导致钛材迅速变成深灰黑色，影响外观的问题，且钠离子的带入改变了种植体表面的化学物质成分；而氨水作为只含有N、H、O元素的碱液，避免了其它离子的引入，同时氨水的腐蚀性要低于氢氧化钠。
同时，在后续处理过程中使用只含有C、H、O的低浓度柠檬酸进行中和，可快速去除种植体表面残留的氨水，且低浓度的柠檬酸对钛材表面生产的凝胶状氧化物无损伤。柠檬酸为弱酸性有机酸，可与水混溶，在超声清洗工序，可顺利去除，且柠檬酸作为可食用的有机酸，少量的残留对人体健康无害。
3.本发明采用真空煅烧的方式处理种植体是因为钛材在氨水中生成的凝胶状的氧化物与钛金属基体间结合较弱，容易脱落，不利于细胞攀附；因此，采用真空煅烧的方式让钛材在氨水中生成的凝胶状氧化物转化为无定型结构，可与磷灰石强烈结合，促进骨细胞的生长。而选择在真空下进行煅烧，主要是由于钛在高温下加热会发生色变，所以，为了避免变色，选择在隔绝空气的真空煅烧炉中煅烧。
4.种植体在真空煅烧完成后，在进行清洗的过程中，由于水中也会含有少量的C、H等其它离子，种植体在这段时间内会不可避免地或多或少地吸附C、H等离子，生成杂物覆盖在其表面，降低其亲水性。而紫外光作为波长较短，频率较高的光波，在一定程度可穿透无机离子和C、H等杂质，破坏生成的化学物质，使其恢复亲水性。充入氮气也是为了避免产品在紫外照射过程中与空气中的其它物质接触，再次生成疏水性物质。
5.本发明避免了现有技术中使用的氢氧化钠或氢氧化钾等强碱处理种植体表面，有效的降低了种植体表面被腐蚀的程度，减少了杂质离子的带入。并在氮气保护下进行紫外照射，以去除因煅烧到清洗过程中表面吸附的C、H或其它无机离子，加强其亲水性。
附图说明
图1为采用组3的工艺参数处理后种植体的吸水前后对比图；
图2为采用组6的工艺参数处理后种植体的吸水前后对比图；
图3为采用组7的工艺参数处理后种植体的吸水前后对比图；
图4为采用对比例的工艺参数处理后种植体的吸水前后对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。若未特别指明，实施举例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
种植体表现为亲水性的机理为：在生理条件下，Ti表面的物理化学特性主要由其表面形成的氧化膜所决定，该氧化膜能与蛋白质以及骨矿物相容。羟基基团是TiOx薄膜表现为亲水性的主要原因，亲水表面富集的大量Ti-OH基团使表面带负电荷，表面通过静电作用吸附钙离子，形成无定型的钛酸钙，之后通过氢键吸附磷酸根离子形成磷酸钙。无定型的磷酸钙在体液中最终转换变成结晶状的磷灰石，一旦磷灰石成核，便不断从体液中获取钙、磷离子而增大，最终形成致密均一的磷灰石涂层，从而表现出良好的血液相容性。
本发明中种植体采用牌号为TA4G的钛材用常规的方法制成，具体的化学成分见下表所示。
Figure BDA0002634332810000041
本发明公开了一种亲水性种植体的处理工艺，具体包括以下步骤：
(1)喷砂酸蚀：用80～180目白刚玉在0.1～0.4MPa压力下喷砂30～50s；然后放入体积比为2～8:1～5的硫酸和盐酸的混合酸中，在60～80℃下酸蚀20～30min。
(2)氨水处理：将酸蚀后的种植体放入浓度为2～7mol/L的氨水中，在40～50℃下处理5～8h。
(3)柠檬酸中和：将氨水处理后的种植体放入浓度为5～10g/L的柠檬酸中，在常温下中和1～3min。
(4)真空煅烧：将中和后种植体放入到高温真空煅烧炉中进行煅烧，煅烧时的真空度为10-2Pa，煅烧温度为550～650℃，煅烧时间为120～180min。
(5)超声清洗：在水溶液中进行超声波清洗，超声清洗时的温度为40～60℃，超声时间为10～20min。
(6)紫外灯照射：将清洗后的种植体进行紫外灯照射，并在紫外灯照射的空间内，循环通入氮气。紫外灯照射的波长为100～300nm，照射距离为3～10cm，照射时间为0.5～2h。最后在氮气氛围中进行密封保存，即密封袋中通入有氮气。
下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。
实施例
1.采用上述处理步骤对种植体进行表面处理，具体的处理工艺参数见下表1和表2所示。
表1各组的处理工艺参数
Figure BDA0002634332810000051
Figure BDA0002634332810000061
表2各组的处理工艺参数
Figure BDA0002634332810000062
2.将按照表1和表2所公开的工艺参数进行处理后的种植体进行水滴角测试，测试从种植体处理完成时开始，分别经过10天、20天和30天后，再次进行水滴角测试，测试结果见下表3所示。由于种植体表面的水滴角测试值越小，则亲水性越强。因此下表3的结果显示：水滴滴在经过亲水性处理的种植体表面，几乎都呈平铺状，水滴角测试的结果在1～4°之间，而将种植体放置10天、20天和30天后再次检测，水递交测试值会有所上升，但总体变化不大，说明种植体的亲水性保持度高。而从对比例来看，随着时间的推移其疏水性进一步增加，直至水滴角测试值不再变大，说明其疏水性达到了极限。
表3测试结果
Figure BDA0002634332810000063
Figure BDA0002634332810000071
3.选取组别为3、6、7和对比例处理后的种植体，进行吸水性测试，结果见图1-图4所示。结果显示，按照本发明所公开的处理工艺所处理后的种植体，其顶端放入清水中后，水分子会顺着产品快速的向上渗透。究其原因，主要是因为种植体的表面经过处理后已经形成了一层亲水性的氧化膜，氧化膜可通过非极性化学键快速的结合水分子；而未经过本发明工艺处理的种植体，其表面仍然是纯钛材，且附着了C、H等元素，对水分子呈现出较强的疏水性，放入水中无吸水现象发生。说明采用本发明所公开的处理工艺处理后的种植体在吸水性方面表现出了很好的特性。
4.对组别1～7和对比例处理后的种植体进行骨-种植体结合情况测试，具体的实验步骤如下：
(1)通过天津海河标测技术检测有限公司进行动物模拟种植实验。
(2)选取比格犬共2只，每只拔除下颌双侧前磨牙共计4颗(每侧2颗)，拔牙后3个月(±5天)后，植入实验样品7个和对照样品1个，每只犬植入4颗。
(3)术后1个月(±2天)进行安乐死，分离下颌骨，获得带种植体的骨标本，进行样本Micro-CT评价。
骨小梁是骨皮质在松质骨内的延伸部分，即骨小梁与骨皮质相连接，在骨髓腔中呈不规则立体网状结构，如丝瓜络样或海绵状，起支持造血组织的作用。医学上常以骨小梁的生长情况判定假体在骨内的成活状况。
种植体植入后，种植体周围的骨小梁会依附生产并延伸，从而包裹在种植体周围，增强结合力。
骨-种植体结合情况见下表4所示。从表4可以看出，组别1-7从骨小梁厚度、数量、骨体积分数上都优于对比例，骨小梁间隔也低于对比例。说明经过亲水性处理后的种植体在植入后骨组织能快速地围绕种植体生长，植入1个月后骨生长情况明显好于对比例，种植体的亲水性效果得到体现。
表4骨-种植体结合情况
组别 骨小梁厚度(μm) 骨小梁数量(1/mm) 骨体积分数(％) 骨小梁间隔(μm)
1 0.0534±0.0018 11.0363±0.7103 0.6703±0.0376 0.3087±0.0171
2 0.0537±0.0003 10.4901±0.3086 0.6785±0.0362 0.3132±0.0182
3 0.0539±0.002 11.0525±0.8551 0.7054±0.0127 0.3029±0.0219
4 0.0528±0.0014 10.4037±0.3903 0.6753±0.0428 0.3077±0.015
5 0.0533±0.0013 10.5324±0.5245 0.6811±0.0226 0.3005±0.0163
6 0.0527±0.0006 10.8546±0.4755 0.6953±0.0388 0.3154±0.0227
7 0.0530±0.0008 11.0231±0.2689 0.7002±0.0417 0.3058±0.02
对比例 0.0182±0.0005 4.3684±0.5314 0.3014±0.0152 0.8413±0.0301
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种亲水性种植体的处理工艺，其特征在于：将经过喷砂酸蚀处理后的种植体，用碱溶液和酸溶液依次进行处理，再对处理后的种植体进行真空煅烧；
所述碱溶液为氨水，浓度为2～7mol/L，处理种植体的时间为5～8h，温度为40～50℃；酸溶液为柠檬酸，浓度为5～10g/L，在常温下，处理种植体的时间为1～3min；将真空煅烧后的种植体进行清洗后，在氮气保护下进行紫外灯照射，最后在氮气氛围中进行密封保存。
2.根据权利要求1所述的一种亲水性种植体的处理工艺，其特征在于：所述喷砂酸蚀处理的具体过程为：使用80～180目白刚玉在0.1～0.4MPa压力下喷砂30～50s；然后将种植体放入硫酸和盐酸的混合酸中进行酸蚀。
3.根据权利要求2所述的一种亲水性种植体的处理工艺，其特征在于：所述硫酸与盐酸的体积比为2～8:1～5，酸蚀的温度为60～80℃，时间为20～30min。
4.根据权利要求1所述的一种亲水性种植体的处理工艺，其特征在于：所述真空煅烧的真空度为10-2Pa，温度为550～650℃，时间为120～180min。
5.根据权利要求1所述的一种亲水性种植体的处理工艺，其特征在于：采用超声波清洗的方式对煅烧后的种植体进行清洗，超声的温度为40～60℃，超声时间为10～20min。
6.根据权利要求1所述的一种亲水性种植体的处理工艺，其特征在于：所述紫外灯照射的波长为100～300nm，照射距离为3～10cm，照射时间为0.5～2h；在对种植体进行紫外灯照射时，紫外灯照射的空间内，循环通入氮气。
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