TWI436794B

TWI436794B - 抗菌牙科材料

Info

Publication number: TWI436794B
Application number: TW100113763A
Authority: TW
Inventors: Yu Hong Tzeng
Original assignee: Gwo Wei Technology Co Ltd
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2014-05-11
Also published as: TW201242624A

Description

抗菌牙科材料

本發明係為一種抗菌牙科材料，特別是指一種用以供作為假牙、植牙贗復體，或者是任何長期放置於口腔之中的口腔重建或修補用植體的的抗菌牙科材料。

按，最早的牙科口腔修補或重建技術中，係以金屬作為製作假牙或植牙之贗復體的材料，其主要的缺點，乃是在於金屬製造的假牙或牙冠的顏色和口腔內原本牙齒的顏色不同，因此造成假牙或植牙贗復體顏色與原本牙齒強烈對比的突兀情形產生。

為了美觀因素，後來出現了以玻璃陶瓷或氧化鋁陶瓷製造的假牙或植牙的贗復體，該種以玻璃陶瓷或氧化鋁陶瓷所製作的假牙或牙冠雖然可以得到與原本牙齒接近的顏色和外觀，但是因為玻璃陶瓷或氧化鋁陶瓷材質容易脆裂，因此使其強度和安全性產生疑慮。

目前市面上的陶瓷製假牙或植牙贗復體主要是以氧化鋯材料作為主流，氧化鋯除了具有精密陶瓷應有高強度、硬度、耐高溫、耐酸鹼腐蝕及高化學穩定性等條件，氧化鋯還具備較一般陶瓷高的堅韌性，並且具有相當高的生物相容性，因此使得氧化鋯材料被廣泛應用在人體及醫學上，二氧化鋯的化學性質很穩定，經煅燒後的二氧化鋯性質尤其不活潑，同時在氧化鋯中可進一步加入氧化釔(Y2O3)可更進一步氧化鋯的穩定性。同時氧化鋯材料顏色和一般牙齒接近，因此以氧化鋯製成的假牙或植牙贗復體的顏色自然，而達到符合美觀的要求，由於以上因素使得氧化鋯材料幾乎已成為一種接近完美的牙科材料。

氧化鋯材料雖然具有上述優點，但是卻仍然無法防止細菌附著，造成假牙上附著牙菌斑，而引發牙週病的困擾，因此本發明之主要目的，乃在於進一步提高氧化鋯材料抗菌特性，使其成為更為理想的牙科材料。

在各種針對假牙的抗菌技術手段中，利用金屬離子殺菌是一種可行的方法，金屬離子的抗菌原理，是依靠自然界中存在的金屬離子緩釋，當抗菌產品在使用過程中，抗菌劑中的金屬離子被緩慢釋放出來，由於金屬等抗菌離子在極低的濃度下，就能夠破壞細菌的細胞膜或細胞原生質性酶的活性，導致細菌的死亡，因此具有抗菌的作用。

不同的金屬離子對於不同有害細菌的作用效果亦有所差異，習知的具有抗菌特性的金屬離子包括：銀(Ag)、金(Au)、鉑Pt、鈀Pd、銥Ir等貴量金屬材料；還有諸如：鈦Ti、銅Cu、錫Sn、銻Sb、鉍Bi、鋅Zn等卑金屬材料。

前述的藉由抗菌微粒材料釋放離子以達成殺菌功效之技術，其功效已被證實，且普遍地應用在醫療器材的技術領域中。然而在用以製作假牙，或植牙贗復體的牙科材料的技術領域中，尚未有利用銀或銅等抗菌性金屬增加其抗菌能力的應用例子。

此外，在習用的牙科材料技術中，多數是利用表面處理，在牙科材料或器械的表面上設置一層抗菌性的材料，如美國專利6,267,590號案中，便揭示了一種在牙科器材表面設置一層抗菌藥劑的技術。

此外，在抗菌性陶瓷材料的技術領域中，也多是以在陶瓷表面設置抗菌材料的方式使得陶瓷材料具有抗菌性，例如台灣專利申請案第090100893號案，所揭示的抗菌陶瓷技術是將銀粒子摻雜於陶瓷的釉料中，以使陶瓷表面具有抗菌性釉料的技術；以及第092104342號中，係以表面浸泡的方式使含有銀粒子的溶液滲入到陶瓷材料的表面，使得陶瓷材料具有抗菌性。因此運用上述習知技術中，都只能夠使得陶瓷材料具有表面的抗菌性，而無法使陶瓷材料的基底材質具有抗菌性。

前述習知技術中，都是以表面處理方式增加抗菌性，然而此一作法運用在假牙或植牙牙冠之牙科材料上將會產生下列問題：

1.首先，將銀或銅等金屬粒子以表面塗層或是以表面燒結釉料的方式附著在牙科材料的表面，會因為介面效應的關係，使此一抗菌性塗層剝落，致使牙科材料表面失去抗菌作用，尤其是假牙或植牙贗復齒，必須承受強大的咬合力量，因此若以表面塗層或表面燒結釉料的方式在假牙或贗復齒表面設置抗菌材料層，將會非常容易造成抗菌材料層剝落的情形。

2.銀或銅粒子以表面塗層方式附著在牙科材料表面，會有離子析出的問題產生，而人體吸收過多的銀或銅的離子，將有影響人體健康之虞。

此外，在習用的抗菌陶瓷技術中，為使得抗菌金屬微粒能夠均勻地被摻雜在基材中，通常是會先將抗菌金屬粒子與高分子介質材料混合後，再添加到基材之中，以避免抗菌金屬微粒產生「架橋」現象(bridge phenomenon)而無法均勻混合在基材之中，然後再以高溫燒結方式，使得高分子介質材料揮發，以去除基材之中的高分子介質材料。

然而此種習用的抗菌微粒材料的摻雜方法，會造成高分子介質材料揮發不完全，或者是因為高分子基材揮發時產生有害的氣體殘留在基材之中，因此使得基材中含有對人體有害物質，因此如果使用在牙科材料之用途，將會有危害人體健康之疑慮。

由於以上原因，習用的抗菌技術不適合用於牙科材料的技術領域中，本發明人有鑑於此，乃苦思細索，積極研究，加以多年從事相關產品研發之經驗，並經不斷試驗及改良，終於發展出本發明。

本發明主要目的，在提供一種具有良好抗菌性，同時可避免習用抗菌塗層容易剝落，且無法控制過量離子析出缺點，而適合作為製造假牙或植牙材料的抗菌性牙科材料。

本發明技術主要為在氧化鋯粉末中，添加約0.1~0.5重量百分比之具有抗菌性的金屬或金屬化合物微粒材料，再經燒結，使前述抗菌性金屬或金屬化合物微粒材料擴散於氧化鋯基材中後，可成為一種可以作為假牙或作為植牙贗復體，以及其他口腔重建或修復植體的抗菌性牙科材料。

前述抗菌性微粒材料可選擇具有離子釋放特性的金屬或金屬化合物微粒材料(如：銀、銅、鈦等)；金屬化合物(如：氮化鈦)；以及具有離子釋放特性的非金屬材料，如：矽Si等。藉由該抗菌性微粒材料，可於氧化鋯基材中緩慢釋放離子，而藉由離子達到殺菌的功效。

同時前述氧化鋯與抗菌性金屬粒子混合材料中，可進一步添加氧化釔或其他穩定性材料，藉以增加該氧化鋯材料的穩定性。

本發明為達成上述及其他目的，所採用之技術手段、元件及其功效，茲採一較佳實施例配合相關圖式詳細說明如下。

本發明之抗菌牙科材料主要係提供一種內部含有具有離子釋放特性之抗菌性金屬微粒材料，而使其本身具有抗菌性，可用以提供作為製作全瓷假牙，或植牙牙冠，或是植牙體等用途的抗菌性牙科材料。

本發明之牙科材料的組成成分，係以氧化鋯(ZrO₂ )粉末作為基材，於該基材中，添加有約0.1~0.5重量百分比的具有離子釋放特性的抗菌性金屬微粒材料。此一抗菌性微粒材料，可以選自金屬材料(如：銀、銅、鈦等)，然後將該混合有抗菌性金屬微粒材料的氧化鋯基材粉體燒結成為用以供作為假牙、植牙贗復體，或者是任何長期放置於口腔之中的牙科修補或植入體的牙科材料。

前述的抗菌性金屬微粒材料，添加於氧化鋯粉體的基材中以後，可以藉由離子釋放的功效，來達到抗菌的目的。同時，由於此一抗菌性金屬微粒材料是包覆在氧化鋯的粉體之中，因此其離子釋放的量能夠得到控制，而不會有過量的金屬離子釋出，而影響到人體健康的疑慮。

如圖1所示，係為本發明之抗菌牙科材料的製造程序，其中該步驟首先係將抗菌性金屬微粒材料添加入氧化鋯粉體材料中，然後經由充分混煉，使抗菌性金屬微粒材料與氧化鋯粉末充分混合。

在此必須注意的，是本發明為避免過量的高分子物質殘留在燒結完成的氧化鋯基材之中，因此在混煉抗菌性金屬微粒材料的過程中，未再添加用以避免抗菌性金屬微粒材料產生架橋現象的分散劑，以避免分散劑在氧化鋯粉體燒結過程中無法完全揮發而殘留在燒結完成的氧化鋯基材中。

一般而言，雖然一般市面取得的金屬微粒材料為避免架橋，通常會添加少量的分散劑，但此一分散劑的劑量足以在燒結過程中完全揮發，而不會造成殘留現象，因此本發明所採用的抗菌性金屬微粒材料若是由市面上直接購買，也不需要特別處理，便可直接利用。

本發明藉以讓抗菌性金屬微粒材料均勻分佈於氧化鋯基材中的方法，主要是藉由氧化鋯燒結時，抗菌性金屬微粒承受燒結高熱，而使得金屬分子自然地擴散在氧化鋯粉體基材中，因此不需額外添加分散劑，便可達到將抗菌性金屬微粒均勻分佈於氧化鋯基材中的目的。

當氧化鋯與抗菌性金屬微粒材料混合完成後，可以先行預壓使氧化鋯粉體與抗菌性金屬微粒材料初步地結合為塊狀體。在預壓的過程中，也可以同時對氧化鋯粉體材料以200-400度左右溫度加溫，以使得前述抗菌性金屬微粒材料能夠更均勻地分佈於氧化鋯粉體中。

氧化鋯粉體預壓完成後，接著將預壓完成的氧化鋯送進燒結爐中燒結。如附件一所示，係為本發明實施例採用的燒結溫度曲線。本發明上述具體實施例中，在燒結開始階段，係以每分鐘上升1度的速度，逐漸加溫到攝氏250度，然後停留60分鐘後，再以每分鐘上升1度的速度加溫到攝氏400度，在攝氏400度之溫度停留120分鐘後，緊接著以每分鐘增加3度的速度加溫到攝氏1450度，然後維持攝氏1450度的溫度2小時，然後停止加熱，而以爐內自然降溫的方式使得燒結的氧化鋯基材降溫。

前述的氧化鋯粉體，係可以在燒結前，就預先成型為假牙或贗復齒的形狀，然後再進行燒結；或者是先行將此一氧化鋯混合粉體成型燒結為方形或矩形的塊體形狀後，然後再以CAD/CAM系統將此一燒結後的氧化鋯塊體切削成型為預定製作的假牙或贗復體之形狀。

本發明採用之抗菌金屬微粒材料的選擇，主要以抗菌效率，以及材料成本與取得之容易性為主要考量，且需避免容易產生生物毒性的金屬材料。金屬材料中，具有離子釋放特性，而具有良好抗菌性的金屬包括了：銀Ag、金Au、鉑Pt、鈀Pd、銥Ir、鈦Ti、銅Cu、錫Sn、銻Sb、鉍Bi、鋅Zn等金屬，然而考慮到了材料成本，以及材料取得容易性、金屬材料的安全性等因素，本發明建議採用的金屬主要為：銀、銅、鈦等三種金屬材料。

此外，前述氧化鋯(ZrO₂ )基材的粉體中，可進一步混合氧化釔(Y₂ O₃ )等安定性材料，以增加氧化鋯燒結後的穩定性。

此外經由實驗，前述抗菌性金屬微粒材料之添加比例可以從約0.1至0.5重量百分比之範圍內，皆可具有足夠的抗菌效果，同時又可維持氧化鋯材料本身的硬度、表面緻密度，同時又可避免產生過量離子析出的情形，因此0.1至0.5重量百分比之範圍係為本發明建議的抗菌性金屬微粒添加比例，同時其中又以0.3重量百分比為最佳的添加比例。

如附件二所示，係為本發明分別在氧化鋯粉體中添加了0.3重量百分比的銀、銅、鈦金屬微粒的具體實施例的組織顯微鏡圖，經由比較本發明之抗菌性牙科材料於燒結完成後的緻密性與未添加有抗菌性金屬微粒的氧化鋯粉體燒結而成的氧化鋯陶瓷之緻密性並無明顯差異。

如附件三所示，係為本發明於氧化鋯中分別添加0.1-0.5重量百分比之銀、銅、鈦抗菌性金屬微粒後，所燒結而成之氧化鋯基材的硬度所組成的曲線，其中明顯可見於氧化鋯粉體中分別添加0.1-0.5重量百分比的銀、銅或鈦等抗菌性金屬微粒材料，燒結完成後都可達到1200度維氏硬度(Vickers Hardness)(HV)以上之硬度，與氧化鋯陶瓷材料原有之硬度差異不大。

如附件四所示，係為本發明於氧化鋯中添加0.3重量百分比之銀、銅及鈦等抗菌性金屬微粒的抗菌特性分析。其測試方法為將添加了0.3重量百分比銀、銅及鈦金屬微粒燒結而成的氧化鋯陶瓷試片放置於溫度37度的培養皿中24小時，其殺菌能力可達99.8%以上，因此明顯可見本發明之抗菌牙科材料具有相當良好的抗菌效果。

由以上測試可知，本發明之抗菌性微粒材料與習用的氧化鋯陶瓷相較下，其具有接近之機械特性，同時又可達到良好抗菌效果，因此是一種用以製作假牙或植牙贗復體相當理想的牙科材料。

由於本發明之抗菌牙科材料係於氧化鋯中直接添加了具有抗菌性的銀或銅金屬粒子，其不僅可以達成相當良好的抗菌效果外，更由於抗菌性金屬微粒材料係摻雜在氧化鋯陶瓷的材質內，而非以表面處理或塗層的方式設置在植牙材料的表面，因此使得抗菌性金屬微粒所析出的離子可被氧化鋯材質所包覆，而避免過量離子析出的問題產生，同時也不會有牙科材料表面的抗菌材料層因介面效應剝落的情形產生。

由以上說明可知，本發明技術俱已符合發明專利之新穎性及進步性要件。惟以上說明書所揭示僅為針對本發明較佳之可行實施例說明而已，該實施例並非用以限定本發明之申請專利範圍，亦即其它未脫離本發明所揭示之技藝精神下所完成之均等變化，均應包含於本發明之申請專利範圍中。

圖1係為本發明之抗菌牙科材料之製造流程圖。

附件：

附件一為本發明於氧化鋯中分別添加0.1、0.2、0.3、0.5重量百分比之銀粒子於氧化鋯粉體中燒結而成之牙科材料之電子顯微鏡掃瞄圖。

附件二為本發明於氧化鋯中分別添加0.3重量百分比之銀、銅、鈦金屬粒子於氧化鋯粉體中燒結而成之牙科材料之電子顯微鏡掃瞄圖。

附件三為本發明於氧化鋯中分別添加0.3重量百分比之銀、銅、鈦金屬粒子於氧化鋯粉體中燒結而成之牙科材料之硬度測試比較圖。

附件四為本發明於氧化鋯中分別添加0.3重量百分比之銀、銅、鈦金屬粒子於氧化鋯粉體中燒結而成之牙科材料之抗菌性測試電子顯微鏡圖，以及抗菌性比較圖。

Claims

一種抗菌牙科材料，係於氧化鋯(ZrO₂ )粉體基材內添加0.1~0.5重量百分比之抗菌性金屬微粒材料，並將該氧化鋯基材與抗菌性金屬微粒材料充分混煉後燒結而成。
如申請專利範圍第1項所述之抗菌牙科材料，其中該抗菌性金屬微粒材料係可選自：銀、銅、鈦金屬材料的其中一種或二種以上之混合。
如申請專利範圍第1項所述之抗菌牙科材料，其中該抗菌性金屬微粒材料係可選自：金、鉑、鈀、銥、錫、銻、鉍、鋅金屬材料的其中一種或二種以上之混合。
如申請專利範圍第1至3項其中任一項所述之抗菌牙科材料，其中該抗菌性金屬粒子添加比例係較佳為0.3重量百分比。
如申請專利範圍第4項所述之抗菌牙科材料，其中更進一步添加有氧化釔(Y₂ O₃ )材料。