CN115337454B - 一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置与方法 - Google Patents

一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物医学工程技术领域，提出了一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置与方法，本发明在转盘的边缘上固定多个牙种植体固定口，通过第一动力机构可以带动转盘转动，使得转盘不同位置处牙种植体固定口上的钛基牙种植体依次进入碱液储液装置中进行碱热处理；经过碱热处理后的钛基牙种植体在第一动力机构的带动下，被送到水平移动装置的一端，同时，水平移动装置将感应加热线圈移动到钛基牙种植位置处对钛基牙种植体进行感应加热处理；通过第一动力机构、水平移动装置和转盘等设置，能够快速实现自动化对钛基牙种植体碱热和感应加热，自动化程度和工作效率高，且适合大批量生产。

Description

一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置与方法
技术领域
本发明属于生物医学工程技术领域，尤其涉及一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置与方法。
背景技术
由于钛金属密度低、优异的力学性能和良好的生物相容性，因此广泛应用在牙种植体临床医学领域。但钛金属骨诱导能力差，表现为生物惰性，与骨组织之间的整合方式主要为物理整合，缺少有效的化学结合，最终影响治疗效果。因此，需对钛基牙种植体进行表面改性，通过改变其表面成分、形貌和粗糙度等以提高其生物活性和骨诱导性。目前临床所用钛基牙种植体多是采用喷砂酸蚀的表面处理工艺，该制备工艺虽能够提高钛基牙种植体的生物活性，但是其生物活性尚需进一步提高。
发明人发现，碱热处理和表面氧化法是对钛金属表面改性常用的方法。碱热处理可使钛金属表面生成一层多孔的钛酸钠凝胶活性层，钛酸钠凝胶层的存在可有效诱导羟基磷灰石在其表面的沉积，从而增强牙种植体与骨之间的结合能力。但该凝胶层的耐磨性需进一步的提高。表面氧化法可以在钛金属表面制备出二氧化钛(金红石和锐钛矿)氧化膜，不仅可以有效提高钛金属的耐磨性，并且可以很好的促进羟基磷灰石在其表面的沉积。其中，感应加热氧化是一种绿色环保的快速氧化技术，可在钛金属表面快速形成一层均匀生长的二氧化钛氧化膜，有效提高其生物活性和耐磨性。但碱热处理和感应加热氧化需分步进行，制备工艺复杂，实验室制备效率低。因此，如何实现自动、高效地在钛基牙种植体表面制备纳米结构复合改性膜层，对于进一步提高其临床应用价值和实现商业化生产具有重要意义。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置与方法，能够快速实现自动化对钛基牙种植体碱热和感应加热，在钛基牙种植体表面形成一层多孔的富含钛酸钠与二氧化钛的复合改性膜层，制备工艺简单、自动化程度和工作效率高，且适合大批量生产。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，采用如下技术方案：
一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，包括：
第一动力机构，输出端设置有转盘；所述转盘远离所述第一动力机构的侧面的边缘处，固定有多个牙种植体固定口；
碱液储液装置，设置在所述转盘下端，所述转盘的一部分位于所述碱液储液装置内，另一部分位于所述碱液储液装置外；
水平移动装置，设置在所述转盘上端，所述水平移动装置靠近所述转盘的一端设置有感应加热线圈。
进一步的，所述碱液储液装置外部设置加热套；所述碱液储液装置上端开设注液口，下端设置出液口。
进一步的，所述第一动力机构为电机，所述的输出轴上安装有第一齿轮；所述转盘的中间位置垂直固定有连杆，所述连杆远离所述转盘的一端固定有与所述第一齿轮啮合的第二齿轮。
进一步的，多个牙种植体固定口在所述转盘周向上均匀分布。
进一步的，所述水平移动装置包括移动横杆和竖杆，所述竖杆上远离所述移动横杆的一端固定有感应加热线圈；所述移动横杆连接有第二动力机构。
进一步的，所述第二动力机构为电机，所述电机的输出轴上固定有第三齿轮；所述移动横杆上设置有与所述第三齿轮啮合的齿条。
进一步的，所述移动横杆的两端均设置有齿条，所述移动横杆的两端均设置有第二动力机构。
进一步的，还包括控制器，所述控制器与所述第一动力机构和所述第二动力机构连接。
为了实现上述目的，第二方面，本发明还提供了一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备方法，采用如下技术方案：
一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备方法，采用了如权利要求1-8任一项所述的牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，包括：
将多个未处理的钛基牙种植体固定到牙种植体固定装置上；将碱液通过注液口加入到碱液储液装置中；
控制第一动力机构，使钛基牙种植体浸没在碱液中进行碱热处理；
控制第一动力机构，使碱热处理完的钛基牙种植体位于与感应加热线圈同一水平线的位置；
控制第二动力机构，使钛基牙种植体位于感应加热线圈中心；对钛基牙种植体进行感应加热。
进一步的，所述碱液为氢氧化钠溶液；所述碱液浓度为4-12mol/L，碱热时间为10-30h，碱热温度为40-80℃；感应加热频率为10-100kHz，感应加热功率为10-50kW，感应加热时间为10-40s。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明在转盘的边缘上固定多个牙种植体固定口，通过第一动力机构可以带动转盘转动，使得转盘不同位置处牙种植体固定口上的钛基牙种植体依次进入碱液储液装置中进行碱热处理；经过碱热处理后的钛基牙种植体在第一动力机构的带动下，被送到水平移动装置的一端，同时，水平移动装置将感应加热线圈移动到钛基牙种植位置处对钛基牙种植体进行感应加热处理；通过第一动力机构、水平移动装置和转盘等设置，能够快速实现自动化对钛基牙种植体碱热和感应加热，在钛基牙种植体表面形成一层多孔的富含钛酸钠与二氧化钛的复合改性膜层，制备工艺简单、自动化程度和工作效率高，且适合大批量生产；
2、本发明设计的对钛基牙种植体进行碱热和感应加热制备纳米结构复合改性膜层的自动化系统，制备工艺简单、工作效率高、绿色环保，且适合大批量生产。
3、本发明在钛基牙种植体表面制备的多孔纳米结构的富含钛酸钠和二氧化钛复合膜层较之目前临床所用钛基牙种植体具有更优异的生物活性。
附图说明
构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1的制备的钛基牙种植体表面的XRD图；
图3为本发明实施例1的制备的钛基牙种植体表面的SEM图；
其中，1、碱液储液装置；11、注液口；12、出液口；13、碱液；2、转盘；21、牙种植体固定口；22、连杆；23、第一齿轮；3、钛基牙种植体；4、第一动力机构；41、第一电机输出轴；42、第二齿轮；5、水平移动装置；51、移动横杆；52、竖杆；53、第二动力机构；54、第二电机输出轴；55、第三齿轮；56、齿条；6、感应加热线圈；7、控制器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，包括碱液储液装置1、注液口11、出液口12、碱液13、转盘2、牙种植体固定口21、连杆22、第一齿轮23、钛基牙种植体3、第一动力机构4、第一电机输出轴41、第二齿轮42、水平移动装置5、移动横杆51、竖杆52、第二动力机构53、第二电机输出轴54、第三齿轮55、齿条56、感应加热线圈6和控制器7；
所述第一动力机构4输出端设置有所述转盘2；所述转盘2远离所述第一动力机构4的侧面的边缘处，固定有多个牙种植体固定口21；所述牙种植体固定口21用于固定钛基牙种植体，所述牙种植体固定口21与钛基牙种植体底部大小相匹配；多个牙种植体固定口21在所述转盘2周向上均匀分布；
所述碱液储液装置1设置在所述转盘2下端，所述转盘2的一部分位于所述碱液储液装置1内，另一部分位于所述碱液储液装置外1；
所述水平移动装置5设置在所述转盘2上端，所述水平移动装置5靠近所述转盘2的一端设置有感应加热线圈21。
具体的，可以设置平台和机架，将所述碱液储液装置1设置在平台上，通过螺栓或焊接等手段，将所述第一动力机构4、所述第二动力机构53和控制器固定在相应位置处。
所述碱液储液装置1外部设置加热套，加热套的设置属于常规设置，在此不再详述，比如在所述碱液储液装置1外部设置带有加热丝等加热部件的套状结构；所述碱液储液装置1上端开设注液口11，下端设置出液口12；可以理解，所述注液口12上可以设置有可拆卸堵头。所述碱液储液装置1外的加热套还可以配有控温装置。
所述第一动力机构4为第一电机，所述第一电机输出轴41上安装有第二齿轮42；所述转盘2的中间位置垂直固定有连杆22，所述连杆22远离所述转盘2的一端固定有与所述第二齿轮42啮合的第一齿轮23。具体的，所述连杆22可以通过轴承等部件转动的设置在机架上，使得所述连杆22在轴向上与机架固定，当所述第二齿轮42带动所述第一齿轮23转动时，可以带动所述连杆22转动，从而使得所述转盘2转动。
所述水平移动装置5包括移动横杆51和竖杆52，所述竖杆52上远离所述移动横杆51的一端固定有感应加热线圈6；所述移动横杆51连接有第二动力机构53；具体的，所述第二动力机构53可以为第二电机，第二电机输出轴54上固定有第三齿轮55；所述移动横杆51上设置有与所述第三齿轮55啮合的齿条56；可以理解的，所述移动横杆51可以通过滑轨和滑槽等配合机构与机架连接，实现其水平移动功能。所述感应加热线圈6的直径可以与钛基牙种植体3匹配，以实现对钛基牙种植体3螺纹底部和顶部的均匀加热。
所述移动横杆51的两端均设置有齿条56，所述移动横杆51的两端均设置有第二动力机构53；两个第二动力机构53同时驱动所述移动横杆51可以保证其稳定性。
所述控制器7可以与所述第一动力机构4和所述第二动力机构53连接，实现对所述第一动力机构4和所述第二动力机构53的驱动。
本实施例的主要工作过程或原理为：
S1、将多个未处理的钛基牙种植体3固定到牙种植体固定口21上；将碱液13通过注液口11加入到碱液储液装置1中；
S2、控制第一电机，使钛基牙种植体3浸没在碱液13中进行碱热处理；
S3、控制第一电机，使碱热处理完的钛基牙种植体位于与感应加热线圈6同一水平线的位置；
S4、控制第二电机，使钛基牙种植体位于感应加热线圈6中心；对钛基牙种植体进行感应加热。
具体的，步骤S1中所述碱液13可以为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；可以选用氢氧化钠溶液，氢氧化钠成本更低且易获得。步骤S2中所述碱液13浓度为4-12mol/L，碱热时间为10-30h，碱热温度为40-80℃。步骤S4中感应加热的频率为1-30MHz，感应加热的功率为5-50kW，感应加热时间为5-50s；可以设置为，感应加热频率为10-100kHz，感应加热功率为10-50kW，感应加热时间为10-40s。
实施例2：
本实施例提供了一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备方法，采用了如实施例1中所述的牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，包括：
将多个未处理的钛基牙种植体固定到牙种植体固定装置上；将碱液通过注液口加入到碱液储液装置中；
控制第一动力机构，使钛基牙种植体浸没在碱液中进行碱热处理；
控制第一动力机构，使碱热处理完的钛基牙种植体位于与感应加热线圈同一水平线的位置；
控制第二动力机构，使钛基牙种植体位于感应加热线圈中心；对钛基牙种植体进行感应加热。
所述碱液为氢氧化钠溶液；所述碱液浓度为4-12mol/L，碱热时间为10-30h，碱热温度为40-80℃；感应加热频率为10-100kHz，感应加热功率为10-50kW，感应加热时间为10-40s。
具体的，S1、在钛基牙种植体固定口上固定好钛基牙种植体13；
S2、在碱液储液装置1中注入10mol/L的氢氧化钠溶液，利用电加热套控制碱液温度恒定在60℃；
S3、控制第一电机，转动转盘2，使钛基牙种植3体浸没在氢氧化钠溶液中碱洗12h；
S4、控制第一电机，转动转盘，将步骤S3处理得到的钛基牙种植体位于与感应加热线圈6中心同一水平线的位置；
S5、控制第二电机，向转盘所在位置移动感应加热线圈6，使钛基牙种植体位于感应加热线圈6内部中心位置，开始感应加热，额定功率为50kW，频率为25kHz，时间为10s；
S6、控制第二电机，向远离转盘所在位置移动感应加热线圈，卸载下步骤S5所得钛基牙种植体，重新固定上未处理的钛基牙种植体。重复上述步骤S3-步骤S6即可大量快速制备得到表面为多孔富含钛酸钠和二氧化钛氧化膜的钛基牙种植体。
通过图2可以看到，制备得到的钛基牙种植体表面除基体钛以外，还含有钛酸钠、锐钛矿和金红石物相。通过图3可以看到，钛基牙种植体表面呈现出类海绵状的多孔结构，孔径平均在200nm左右。
在其他实施例中，所用氢氧化钠浓度可以设置为5mol/L，碱热时间可以设置为24h；感应加热功率可以设置为45kW，感应加热频率可以设置为20kHz，感应加热时间可以设置为20s。
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，其特征在于，包括：
第一动力机构，输出端设置有转盘；所述转盘远离所述第一动力机构的侧面的边缘处，固定有多个牙种植体固定口；
碱液储液装置，设置在所述转盘下端，所述转盘的一部分位于所述碱液储液装置内，另一部分位于所述碱液储液装置外；所述碱液储液装置外部设置加热套；
水平移动装置，设置在所述转盘上端，所述水平移动装置靠近所述转盘的一端设置有感应加热线圈；通过控制第一动力机构，可以使得钛基牙种植体浸没在碱液中进行碱热处理；通过控制第一动力机构，可以使得使碱热处理完的钛基牙种植体位于与感应加热线圈同一水平线的位置。
2.如权利要求1所述的一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，其特征在于，所述碱液储液装置上端开设注液口，下端设置出液口。
3.如权利要求1所述的一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，其特征在于，所述第一动力机构为电机，所述电机的输出轴上安装有第二齿轮；所述转盘的中间位置垂直固定有连杆，所述连杆远离所述转盘的一端固定有与所述第二齿轮啮合的第一齿轮。
4.如权利要求1所述的一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，其特征在于，多个牙种植体固定口在所述转盘周向上均匀分布。
5.如权利要求1所述的一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，其特征在于，所述水平移动装置包括移动横杆和竖杆，所述竖杆上远离所述移动横杆的一端固定有感应加热线圈；所述移动横杆连接有第二动力机构。
6.如权利要求5所述的一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，其特征在于，所述第二动力机构为电机，所述电机的输出轴上固定有第三齿轮；所述移动横杆上设置有与所述第三齿轮啮合的齿条。
7.如权利要求6所述的一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，其特征在于，所述移动横杆的两端均设置有齿条，所述移动横杆的两端均设置有第二动力机构。
8.如权利要求7所述的一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述第一动力机构和所述第二动力机构连接。
9.一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备方法，其特征在于，采用了如权利要求1-8任一项所述的牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备装置，包括：
将多个未处理的钛基牙种植体固定到牙种植体固定装置上；将碱液通过注液口加入到碱液储液装置中；
控制第一动力机构，使钛基牙种植体浸没在碱液中进行碱热处理；
控制第一动力机构，使碱热处理完的钛基牙种植体位于与感应加热线圈同一水平线的位置；
控制第二动力机构，使钛基牙种植体位于感应加热线圈中心；对钛基牙种植体进行感应加热。
10.如权利要求9所述的一种牙种植体表面纳米结构复合改性膜层制备方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钠溶液；所述碱液浓度为4-12mol/L，碱热时间为10-30h，碱热温度为40-80℃；感应加热频率为10-100kHz，感应加热功率为10-50kW，感应加热时间为10-40s。
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