CN116077740A - 一种齿科用骨引导再生膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种齿科用骨引导再生膜及其制备方法，属于生物医用材料领域。本发明的齿科用骨引导再生膜由镁基金属层及保护性涂层组成；所述镁基金属层为纯镁或镁合金；所述保护性涂层为镁的氧化物或镁的氢氧化物。制备方法为：以镁或镁合金板为初始原料，轧制成镁箔或镁合金箔，然后采用沉积方式在其表面原位生成一层保护性涂层，若有必要则置于沸水中进行封孔处理，得到齿科用骨引导再生膜。本发明的骨引导再生膜具有优异的力学性能，其可降解无需二次手术取出，同时释放出的镁离子具有促成骨特性，能够促进牙槽骨的再生，其具有优异的生物相容性，还具备一定的抗菌性能，具有广泛的应用价值。

Description

一种齿科用骨引导再生膜及其制备方法

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，特别是涉及一种齿科用骨引导再生膜及其制备方法。

背景技术

随着经济和社会的发展，人们开始注重全身各方面的健康情况，口腔行业迅速崛起。牙齿种植修复因可提供良好的咀嚼功能、舒适度与美观效果，已逐渐成为缺失牙的首选修复方式。种植修复要求患者具有充足的骨质和骨量。然而，由创伤、肿瘤切除、炎症等原因造成的种植区牙槽骨严重不足，导致无法植入种植体或种植修复失败。恢复骨缺损区域的牙槽骨组织，提高种植修复的长期成功率，是口腔临床治疗中亟待解决的难题。引导骨再生(Guidedboneregeneration，GBR)技术是解决这一难题的有效方法之一。

引导骨再生的概念是将GBR膜放置在骨缺损区，利用膜的屏障作用阻止非成骨性细胞向骨缺损内长入，同时在膜下形成一个空间，允许成骨性细胞优先迁移、生长，达到骨再生、修复的目的。GBR膜良好的骨组织再生效果使其在骨缺损治疗、口腔颅颌面缺损修复、种植牙等领域广泛使用。GBR膜分为可吸收型和不可吸收型，不可吸收GBR膜普遍存在不宜固定、易暴露、技术要求高和需要二次手术取出等缺点。现有的可吸收膜基本为骨胶原膜，价格昂贵，且由于再水化而导致机械性能不足、易塌陷，骨再生后期无法起到应有的屏障作用。

理想的可吸收GBR膜应具备以下条件：具有良好的生物相容性和细胞亲和性；膜的降解速率可控且与组织的再生相互协调；降解产物在体内无不良反应，膜的降解过程不影响组织再生；膜具有一定的机械强度、柔韧性和可变形操作性。发展出基本可以满足上述条件的任何新材料，都将有望替代现有材料。金属材料公认具有良好的生物稳定性和机械性能，然而现有金属材料的骨细胞黏附生长情况差，即便对其进行表面改性也收效甚微。因此，研究一种机械性能好、具备骨诱导性、良好生物相容性和抗菌特性的骨引导再生膜是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决骨引导膜的骨结合及感染问题，本发明提供一种齿科用骨引导再生膜及其制备方法，其相较于传统的GTR/GBR膜有良好的骨诱导性，可以促进骨再生，提高骨再生的质量和速度，并且还具有独特的抗菌特性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明目的之一是提供一种齿科用骨引导再生膜，由镁基金属层及保护性涂层组成；所述镁基金属层为纯镁或镁合金；所述保护性涂层包括镁的氧化物或镁的氢氧化物(氧化镁或氢氧化镁陶瓷涂层)，该涂层还可以含有其他元素(如，但不完全是：Na，Li，K，P，S，Cl)。

进一步地，所述齿科用骨引导再生膜可弯曲成型。

进一步地，所述镁基金属层的厚度为20-300μm，优选60-200μm，所述保护性涂层的厚度为0.2-5μm，优选0.2-1μm。

进一步地，所述纯镁的纯度为≥99.99wt％，所述镁合金的杂质含量≤500ppm，优选≤5ppm。

本发明中，镁箔可根据患者解刨学重建数据(如3D扫描、MRI或CT扫描)，采用飞秒激光成形进行个性化定制。镁箔采用飞秒激光切割，可在切割区对镁的性能影响最小的情况下，生产出预先设计的或适合患者特定要求的形状。

本发明中，镁基金属(纯镁及镁合金)因具有较高的负电极电位，可与水发生化学反应而降解，被人体吸收及代谢。同时，镁具有一定的生物活性，可诱导骨细胞的分化、生长以及血管的形成。其植入到生物体中后，骨细胞向镁因降解而减少的空间粘附和增殖，随着镁的逐步降解，形成新的具有原来特殊功能和形态的相应组织，达到骨修复创伤和重建功能的目的。且降解产物可以被人体吸收，基本无害。此外，由于镁降解可以形成碱性环境，还能达到抑制细菌生长的目的。

本发明目的之二是提供一种所述的齿科用骨引导再生膜的制备方法，包括如下步骤：以镁或镁合金板为初始原料，轧制成镁箔或镁合金箔，然后采用沉积方式在其表面原位生成一层保护性涂层，用去离子水清洗(去除电解液)，若有必要则置于沸水(去离子水)中进行封孔处理，得到齿科用骨引导再生膜。

进一步地，所述沉积方式采用等离子体化学气相沉积(PCVD)、物理气相沉积(PVD)、等离子体辅助氧化、等离子体诱导离子注入、脉冲激光沉积(PLD)和微弧氧化中的任意一种。

进一步地，所述沉积方式为微弧氧化，所述微弧氧化的电解液为：Na₂SiO₃:KOH:KF＝10:1:8g/L。电解液需搅拌均匀，经过一定沉积次数后电解液应更换。

进一步地，所述微弧氧化的电压为200-500V，频率为600-1400Hz，占空比为10-50％，时间为1-5min。

进一步地，所述封孔处理的时间为1-5min。

进一步地，通过激光切割技术，优选飞秒激光，将轧制的镁箔或镁合金箔切割成更小的样片，较小的部件可以根据患者数据进行标准化或个性化定制。

进一步地，轧制的镁箔或镁合金箔或其较小的样片通过激光切割技术穿孔，优选通过飞秒激光在镁箔或镁合金箔中创建标准化或个性化的网口。

本发明的有益效果：

(1)本发明齿科用骨引导再生膜与现有的可吸收GBR膜相比，镁的原材料价格和制备成本低，制成的GBR膜机械性能好，对后期新生组织也具有良好的屏障作用。

(2)本发明齿科用骨引导再生膜降解产生的镁离子是人体中所必需的重要金属元素之一，生物相容性好，不易引发炎症反应。镁还具有一定的生物活性，可诱导骨细胞分化、生长以及血管的长入，可促进骨再生，提升或恢复骨的质量。

(3)本发明齿科用骨引导再生膜可降解，无需二次手术取出，既解决了胶原膜降解过快的问题，又克服了用永久性植入材料(如钛或聚醚醚酮PEEK)制成的屏障膜需要再次手术移除的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中微弧氧化前后镁箔的电化学极化曲线；

图2为本发明实施例2中微弧氧化前后镁箔的浸泡实验结果；

图3为本发明实施例3中对照组钛合金(左)与镁箔(右)的抗菌实验结果。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

以纯度为≥99.99％、厚度为3mm的镁板材为初始原料，轧制成20μm厚的镁箔，将镁箔悬挂于电解液中间位置进行微弧氧化，微弧氧化电解液选择Na₂SiO₃:KOH:KF＝10:1:8g/L，电压200V，频率600Hz，占空比10％，沉积时间1min，在镁箔表面原位生成一层0.2μm厚的保护性涂层，用去离子水清洗去除电解液，再置于沸水中进行封孔处理1min，得到齿科用骨引导再生膜。本实施例的齿科用骨引导再生膜体外37℃下Hank’s模拟体液浸泡完全降解时间为25天。

本实施例微弧氧化前后镁箔的电化学极化曲线如图1所示，带有微弧氧化涂层的镁箔的自腐蚀电位提高，腐蚀电流减小，说明微弧氧化处理提高了镁箔的耐蚀性能。

实施例2

以纯度为≥99.99％、厚度为3mm的镁板材为初始原料，轧制成300μm厚的镁箔，将镁箔悬挂于电解液中间位置进行微弧氧化，微弧氧化电解液选择Na₂SiO₃:KOH:KF＝10:1:8g/L，电压500V，频率1400Hz，占空比50％，沉积时间5min，在镁箔表面原位生成一层0.5μm厚的保护性涂层，用去离子水清洗去除电解液，再置于沸水中进行封孔处理4min，得到齿科用骨引导再生膜。本实施例的齿科用骨引导再生膜体外37℃下Hank’s模拟体液浸泡完全降解时间为40天。

将本实施例微弧氧化前后的镁箔分别在模拟体液中浸泡一定时间，浸泡实验结果如图2所示，浸泡微弧氧化镁箔的溶液的pH值明显低于无涂层的镁箔，说明微弧氧化可以对镁箔提供长时间的保护。

实施例3

以纯度为≥99.99％、厚度为5mm的镁板材为初始原料，轧制成200μm厚的镁箔，将镁箔悬挂于电解液中间位置进行微弧氧化，微弧氧化电解液选择Na₂SiO₃:KOH:KF＝10:1:8g/L，电压450V，频率1400Hz，占空比30％，沉积时间4min，在镁箔表面原位生成一层1μm厚的保护性涂层，用去离子水清洗去除电解液，再置于沸水中进行封孔处理5min，得到齿科用骨引导再生膜。本实施例的齿科用骨引导再生膜体外37℃下Hank’s模拟体液浸泡完全降解时间为60天。可见在该条件下的微弧氧化涂层的保护性最佳，耐蚀性能最优。

将本实施例中的镁箔与现有不可降解钛合金骨引导膜进行涂板法抗菌实验，结果如图3所示，本发明材料具有强烈的抗菌能力，抗菌率可达99.9％，明显优于对照组。

实施例4

以纯度为≥99.99％、厚度为4mm的镁板材为初始原料，轧制成250μm厚的镁箔，将镁箔悬挂于电解液中间位置进行微弧氧化，微弧氧化电解液选择Na₂SiO₃:KOH:KF＝10:1:8g/L，电压300V，频率1200Hz，占空比40％，沉积时间3min，在镁箔表面原位生成一层0.8μm厚的保护性涂层，用去离子水清洗去除电解液，再置于沸水中进行封孔处理3min，得到齿科用骨引导再生膜。本实施例的齿科用骨引导再生膜体外37℃下Hank’s模拟体液浸泡完全降解时间为30天。

将本实施例制备的骨引导再生膜植入牙槽骨表面，植入初期无皮质骨；植入4个月后，再生膜周围出现明显的皮质骨，说明本发明的骨引导再生膜具有促进皮质骨生成的作用，并且可抑制结缔组织的长入。

实施例5

以纯度为≥99.99％、厚度为2mm的镁板材为初始原料，轧制成50μm厚的镁箔，将镁箔悬挂于电解液中间位置进行微弧氧化，微弧氧化电解液选择Na₂SiO₃:KOH:KF＝10:1:8g/L，电压280V，频率700Hz，占空比35％，沉积时间3min，在镁箔表面原位生成一层0.7μm厚的保护性涂层，用去离子水清洗去除电解液，再置于沸水中进行封孔处理2min，得到齿科用骨引导再生膜。本实施例的齿科用骨引导再生膜体外37℃下Hank’s模拟体液浸泡完全降解时间为25天。

对比例1

以纯度为≥99.99％、厚度为4mm的镁板材为初始原料，轧制成150μm厚的镁箔，采用磁控溅射技术在镁箔表面沉积金属钽涂层，涂层厚度为0.2μm。电化学测试表明，相对于镁箔，钽涂层镁箔的自腐蚀电位提高，腐蚀电流减小，说明钽涂层提高了镁箔的耐蚀性能。制得的镁再生膜的降解时间为70天，但是金属钽涂层不降解，仍然残留人体，虽然钽的生物相容性良好，不会对人体产生不良影响，但是需要二次手术取出。

对比例2

以纯度为≥99.99％、厚度为4mm的镁合金板材为初始原料，轧制成100μm厚的镁合金箔，保护性涂层采用多弧离子镀技术在镁合金箔表面沉积DLC(类金刚石)涂层，涂层厚度为0.1μm，得到再生膜。在37℃的Hank’s溶液中浸泡后显示，未涂层的镁合金箔在14天后完全降解，DLC涂层镁合金箔完全降解时间为90天，然而类金刚石涂层存在脆裂成微小碎片难于去除的问题。

将所有实施例和对比例的再生膜进行性能测试，结果汇总于表1：

表1

由表1可知，本发明骨引导再生膜具有良好的可降解性能，且抗菌率＞99.9％，是较为理想的齿科植入材料。

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 (9)

1.一种齿科用骨引导再生膜，其特征在于，由镁基金属层及保护性涂层组成；所述镁基金属层为纯镁或镁合金；所述保护性涂层包括镁的氧化物或镁的氢氧化物。

2.根据权利要求1所述的齿科用骨引导再生膜，其特征在于，所述镁基金属层的厚度为20-300μm，所述保护性涂层的厚度为0.2-5μm。

3.根据权利要求1所述的齿科用骨引导再生膜，其特征在于，所述纯镁的纯度为≥99.99wt％，所述镁合金的杂质含量≤500ppm。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的齿科用骨引导再生膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以镁或镁合金板为初始原料，轧制成镁箔或镁合金箔，然后采用沉积方式在其表面原位生成一层保护性涂层，得到齿科用骨引导再生膜。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述沉积方式采用等离子体化学气相沉积、物理气相沉积、等离子体辅助氧化、等离子体诱导离子注入、脉冲激光沉积和微弧氧化中的任意一种。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述沉积方式为微弧氧化，所述微弧氧化的电解液为：Na₂SiO₃:KOH:KF＝10:1:8g/L。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化的电压为200-500V，频率为600-1400Hz，占空比为10-50％，时间为1-5min。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述镁箔或镁合金箔通过激光切割技术切割成样片，根据患者数据进行标准化或个性化定制。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述镁箔或镁合金箔或样片通过激光切割技术穿孔，创建标准化或个性化的网口。

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