WO2023240738A1 - 一种表面梯度微孔结构的牙种植体系统及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种表面梯度微孔结构的牙种植体系统及其制备方法，其中所述牙种植体系统包括无螺纹微锥柱形的牙种植体(5)和基台(1)，其中所述牙种植体(5)包括具有仿生骨小梁结构的微孔层(3)和具有极高致密性和机械强度的基体(4)。可实现牙种植体系统同时具备内部结构的精密性和表面结构的仿生特点，有效改善植入后的长期稳定性、降低牙种植体系统的加工工艺流程的复杂度并可实现个性化和批量化生产。
Description
本发明涉及牙种植技术领域，具体而言，涉及一种表面梯度微孔结构的牙种植体系统及其制备方法。
目前，口腔种植修复用牙种植体与骨结合界面的面积较小，结合界面约为10～50μm，但是牙种植体表层并未形成适宜深度的多孔结构，其弹性模量(～100GPa)仍然比牙槽骨(～15GPa)高很多倍，牙种植体和牙槽骨间弹性模量的显著差异必然导致显著的应力遮挡效应，产生局部应力集中，从而影响该部位的骨吸收，增加了植入初期的愈合时间，影响牙种植体的长期稳定性。
同时，目前主流牙种植体采用旋切植入的方式，虽然其表面特定的螺纹结构可以实现这一目标，但是旋转就位可能造成过度的骨挤压以及骨灼伤，也会导致牙种植体产生疲劳性，加之内连接螺纹的存在，在载荷过高的情况下容易出现折断失效的问题。
此外，目前牙种植体系统的生产基本上都是采用精密数控机床进行精密加工生产，高度依赖切削加工、生产流程长、生产效率低等问题都增加了牙种植体的生产成本和质量控制难度。牙种植体的表面采用喷砂、酸蚀等方法进行处理，会造成环境污染与职业病风险等问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种表面梯度微孔结构的牙种植体系统，牙种植体表面具有梯度分布的仿生骨小梁结构，可从根本上解决应力传导和应力集中 问题，改善植入体周围骨组织的应力分布，降低并发症的发生，进而有效提高牙种植体植入后的长期稳定性。同时，牙种植体内取消了中央螺丝及内外螺纹，避免旋转就位造成的过度骨挤压以及骨灼伤，无中央螺丝折断的可能，基本无牙种植体折断的可能。
本发明的第二目的是提供一种上述牙种植体系统的制备方法，所述制备方法采用激光3D打印技术制备微孔层部分，避免了使用喷砂、酸蚀带来的问题；利用粉末冶金快速成型技术制备基体部分，规避了粉末冶金制备复杂微结构件的精度问题；利用扩散连接实现两部分的稳定结合，分步制备总体合成的工艺可以有效缩短加工时间，提高生产效率。
具体的，为实现上述目的，本发明通过以下技术方案：
本发明提供一种表面梯度微孔结构的牙种植体系统，包括无螺纹微锥柱形的牙种植体，所述牙种植体包括基体以及包覆在基体外侧的微孔层，所述微孔层为仿生骨小梁结构，所述微孔层的孔隙率以及微孔尺寸由内到外依次增加。
优选地，所述微孔层沿径向上的内侧壁的孔隙率为20％至30％，外侧壁的孔隙率为50％至60％，所述微孔层沿径向上的内侧壁的微孔尺寸为20μm至40μm，外侧壁的微孔尺寸为150μm至300μm。梯度的微孔结构可以获得更好的骨长入效果，具有更佳的骨组织结合能力，并且使弹性模量逐渐降低，促进应力合理的在骨内传导与分布。
优选地，所述微孔层由低模量钛合金和纯钽材料制得。多孔的钛合金可以有效降低整体的弹性模量，更加接近骨组织的弹性模量，同时具有生物相容性好、抗菌耐腐蚀的优势。
优选地，在微孔层与基体之间设置有过渡层，所述过渡层采用熔点为660-640℃的铝合金材料，可实现微孔层与基体的中温连接。
优选地，还包括与所述牙种植体对接的基台，所述基台包括上下两个部分的锥段，且两个所述锥段之间设置有无锥度的过渡区，所述基台下部分的锥段插入所述牙种植体。下部分锥段通过莫氏锥度的方式插入，莫氏锥度最好为4°， 可以达到冷焊连接的效果，避免了微生物侵入牙种植体内部，同时还可以提高牙种植体的综合力学性能从而减少机械并发症，两个锥段之间之所以设置无锥度过渡区，是因为可以更好地增加牙种植体和基台的冷焊效果。
优选地，还包括有顶出螺栓，在所述基台下部分的锥段的内部设置有内螺纹结构，所述内螺纹结构用于与所述顶出螺栓配合。设置的内螺纹结构正好与顶出螺栓互相配合，用于基台的取出，因此降低了加工的精度要求，也简化了制作工艺流程，同时还降低了基台取出的难度，提高了翻修手术的便利性。
优选地，所述牙种植体与所述基台对接的顶面位置为厚度0.8-1.8毫米的钛合金。该一体化制备的钛合金层可以保证牙种植体植入后，在软组织愈合过程中可以有效降低感染率。
本发明除了提供了上述牙种植体系统，还提供了上述牙种植体系统的制备方法，包括如下步骤：分别制备组成所述牙种植体的微孔层以及基体，然后对组成所述牙种植体的各个构件进行组装；
其中所述微孔层的制备方法包括：通过激光3D打印在预成型的锥形筒表面烧结成型，得到具有所述仿生骨小梁结构的微孔层。采用激光3D打印可使微孔层具有光滑内侧表面，便于后续组装，且不需要表面处理，可以显著降低成本，减少污染，并减少对高精度切削设备的依赖性。
优选地，所述基体的制备方法包括如下步骤：
将Ti-6Al-4V合金粉末进行紧实，而后加压0.5-1MPa，获得密实度65-75％的低压紧实粗坯；
将所述低压紧实粗坯加压3-5MPa，获得密实度75-85％的中压紧实初坯；
将中压紧实初坯加压10-15MPa，获得密实度85-95％的中坯；
将中坯在900-1100℃下加压20-25MPa，保温0.5h，获得密实度大于98％的所述基体。通过低压、中压、高压和热等静压的工艺组合，可同步生产不同型号的基体部分，缩短工艺流程，同时基体具有极高的致密性和机械强度，使植入后的机械并发症大大降低。
优选地，还包括有采用精密加工的方法制备基台、顶出螺栓的步骤，将制备得到的基台、顶出螺栓与组装后的所述牙种植体进行配合使用。加工精度要求较低，简化了工艺流程。
优选地，所述牙种植体组装的方法包括：依次将微孔层、过渡层、基体进行组装；
依次将微孔层、过渡层、基体进行组装的方法包括：
将铝合金的同形状且尺寸匹配的薄壁锥形筒过渡层放入微孔层中，完成微孔层和过渡层的组装，形成外部组装件；
将基体部分放入所述外部组装件内，得到牙种植体；
将所述牙种植体进行紧实，通过热等静压完成扩散连接，其中所述热等静压为两个阶段；
第一阶段过渡层的温度针对不同材质的而设定，其中铝合金过渡层的为640℃，保温时间0.5h；
第二阶段的温度为1000℃，保温时间0.5h，整个过程压力保持在15-20MPa；
对进行完热等静压的牙种植体进行二次紧实、整体清理处理，去除掉表面的杂质、未烧结颗粒和污物。采用分步制备、总体合成的生产思路，通过分步工序与精细化工艺组合，可实现对所述牙种植体系统的精密制造，有效缩短加工时间，提高生产效率，也有利于个性化定制和批量化生产。
目前传统牙种植体系统制造工艺存在的缺点有：
(1)采用数控设备机加工制造牙种植体系统，容易因机床自身或刀具磨损等影响加工精度；
(2)牙种植体与基台连接采用中央螺丝紧固，在咀嚼过程中可能产生因不当受力导致中央螺丝折断等并发症；
(3)牙种植体表面需要进行酸蚀及喷砂处理，造成粉尘及废液污染；
(4)牙种植体外部存在螺纹结构，可因应力集中问题导致材料疲劳失效；
(5)受限于加工方式，无法进行短时间内大批量生产牙种植。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的牙种植体系统中，牙种植体的微孔层为仿生骨小梁结构，可解决应力传导和应力集中问题，实现牙种植体骨长入式愈合，节约临床愈合时间80％以上，提高牙种植体的长期稳定性。
(2)将牙种植体设计为无螺纹微锥柱形结构，无中央螺丝及外部螺纹，可减少植入过程中因产热导致的骨灼伤，无中央螺丝折断的可能，基本无牙种植体折断的可能。
(3)牙种植体与基台依靠锥度壁产生的机械摩擦力固位，达到冷焊的效果，避免了微生物侵入牙种植体内部，同时还可以提高牙种植体的综合力学性能从而减少机械并发症。
(4)本发明制备得到的牙种植体系统由于愈合周期较短(3～4周)，早期并发症的发生率将远远低于传统种植体；由于仿生骨小梁结构可实现骨长入的特性，出现牙种植体周围炎的概率将大大低于传统种植体；由于取消了中央螺丝及内外螺纹，且骨小梁结构有效增加周围骨的力学传导效应，牙种植体的长期机械并发症的发生率将大大降低。
(5)本发明在进行牙种植体系统制备过程中，采用分步制取、总体合成的方式制备，可提高牙种植体系统的精密度和机械强度，同时降低工艺流程的复杂度，达到可快速、批量化、个性化生产的效果。
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为牙种植体系统整及局部剖面示意图；
图2为牙种植体系统含顶出螺栓剖面示意图；
图3为基台剖面示意图；
图4为现有技术中的牙种植体系统结构示意图。
其中：1-基台，2-过渡层，3-微孔层，4-基体，5-牙种植体，6-顶出螺栓，7-钛合金层，8-无锥度的过渡区，9-内螺纹结构，10-下部分锥度区，11-牙种植体修复平台，12-颈部螺纹，13-过度螺纹，14-主螺纹，15-根尖螺纹，16-根尖部，17-基台连接区，18-中央螺丝，19-常规基台，20-基台抗旋结构。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
牙种植体系统的制备方法包括如下步骤：
1、参照人体骨小梁结构及形态，设计出具有相近形态的三维微孔结构及小锥度锥形壁，导入到打印成型程序中。利用激光三维成型技术，将纯钽粉末和低弹性模量钛合金按照既定设计，在预成型薄壁锥形桶表面烧结成型。通过调控，获得具有仿生骨小梁结构的微孔层3，微孔层3的孔隙率以及微孔尺寸由内到外依次增加，其中在微孔层3的内侧壁，微孔尺寸为20μm，孔隙率为20％；在中间部分的微孔尺寸逐渐增加至150μm，孔隙率逐渐增加至40％；外侧壁的微孔尺寸最后增加至300μm，孔隙率增加至60％。
2、将铝合金的同形状且尺寸匹配的薄壁锥形筒过渡层2放入微孔层中，完成微孔层3和过渡层2的组装，形成外部组装件。
3、将筛好的Ti-6Al-4V合金粉末装入低压紧实模型，然后室温下加载压力0.7MPa，获得密实度约70％的低压紧实粗坯；其次，将低压紧实粗坯放入中压预定型模具中，室温下加载压力4MPa，获得密实度约80％的中压紧实初坯；然后，将中压紧实初坯放入高压定型模具，室温下加载压力13MPa，获得密实度约90％的高压定型中坯；最后将高压定型中坯放入热等静压模具中，1000℃下加载23MPa压力，保温时间0.5h，获得密实度大于98％的基体4，其中与基台1对接的顶面设置有高度为1毫米的钛合金层7。
4、将粉末冶金获得的基体4部分放入外部组装件内，获得组装好的牙种植体5。将组装好的牙种植体5倒置固定在特定的模具上，使得三层结构接触紧密，然后放入热等静压炉中进行扩散连接，并二次紧实。其中温度设定为两个阶段，设定第一阶段的加热温度为640℃，保温时间0.5h；第二阶段的加热温度为1000℃，保温时间0.5h；整个过程压力保持在15MPa。经过严格的成品质量检测后，进行整体清理和清洗处理，去除掉表面的杂质、未烧结颗粒和污物，进行打标包装、灭菌处理后入库。
5、相配套的基台1与顶出螺栓6等配件通过机械精密加工制备，其中基台1有上下两个部分的锥段，两个锥段之间设置有无锥度的过渡区8，下部分锥段10的莫氏锥度为4°，且具有与顶出螺栓6相配的内螺纹结构9。给愈合用的基台配套HTPP材料制作的软组织愈合保护帽，用有色标标定牙种植体直径，方便后期的临床修复需要。
6、临床种植时，使用配套工具进行骨床预备，根据不同类型的骨硬度进行相应的钻孔程序，完成钻孔后利用工具盒内等尺寸的金属杆测量进入骨内的阻力。将带愈合基台的牙种植体5从无菌包装中取出，采用轻微力量敲击愈合基台，使牙种植体5进入骨内，直至完全就位，在愈合基台上压入配套软组织愈合保护帽，关闭伤口即可完成外科手术。
7、临床修复更换基台时，打开愈合基台的螺丝封孔，用螺丝刀配合扭力扳手顺时针旋转，顶出螺栓6会向下顶入植体内的凹槽，将愈合基台轻轻顶出。 而后在咬合力的作用下，实现基台1与牙种植体5的可靠连接。
实施例2
1、参照人体骨小梁结构及形态，设计出具有相近形态的三维微孔结构及小锥度锥形壁，导入到打印成型程序中。利用激光三维成型技术，将纯钽粉末和低弹性模量钛合金按照既定设计，在预成型薄壁锥形桶表面烧结成型。通过调控，获得具有仿生骨小梁结构的微孔层3，微孔层3的孔隙率以及微孔尺寸由内到外依次增加，其中微孔层3的内侧壁微孔尺寸为40μm，孔隙率为30％；中间部分的微孔尺寸逐渐增加至120μm，孔隙率逐渐增加至40％；外侧壁的微孔尺寸最后增加至150μm，孔隙率增加至50％。
2、将铝合金的同形状且尺寸匹配的薄壁锥形筒过渡层2放入微孔层中，完成微孔层3和过渡层2的组装，形成外部组装件。
3、将筛好的Ti-6Al-4V合金粉末装入低压紧实模型，然后室温下加载压力1MPa，获得密实度约75％的低压紧实粗坯；其次，将低压紧实粗坯放入中压预定型模具中，室温下加载压力5MPa，获得密实度约85％的中压紧实初坯；然后，将中压紧实初坯放入高压定型模具，室温下加载压力15MPa，获得密实度约95％的高压定型中坯；最后将高压定型中坯放入热等静压模具中，1000℃下加载25MPa压力，保温时间0.5h，获得密实度大于98％的基体4，其中与基台1对接的顶面设置有高度为0.8毫米的钛合金层7。
4、将粉末冶金获得的基体4部分放入外部组装件内，获得组装好的牙种植体5。将组装好的牙种植体5倒置固定在特定的模具上，使得三层结构接触紧密，然后放入热等静压炉中进行扩散连接，并二次紧实。其中温度设定为两个阶段，设定第一阶段的加热温度为640℃，保温时间0.5h；第二阶段的加热温度为1000℃，保温时间0.5h；整个过程压力保持在20MPa。经过严格的成品质量检测后，进行整体清理和清洗处理，去除掉表面的杂质、未烧结颗粒和污物，进行打标包装、灭菌处理后入库。
5、相配套的基台1与顶出螺栓6等配件通过机械精密加工制备，其中基台1有上下两个部分的锥段，两个锥段之间设置有无锥度的过渡区8，下部分锥段10的莫氏锥度为4°，且具有与顶出螺栓6相配的内螺纹结构9。给愈合用的基台配套HTPP材料制作的软组织愈合保护帽，用有色标标定牙种植体直径，方便后期的临床修复需要。
6、临床种植时，使用配套工具进行骨床预备，根据不同类型的骨硬度进行相应的钻孔程序，完成钻孔后利用工具盒内等尺寸的金属杆测量进入骨内的阻力。将带愈合基台的牙种植体5从无菌包装中取出，采用轻微力量敲击愈合基台，使牙种植体5进入骨内，直至完全就位，在愈合基台上压入配套软组织愈合保护帽，关闭伤口即可完成外科手术。
7、临床修复更换基台时，打开愈合基台的螺丝封孔，用螺丝刀配合扭力扳手顺时针旋转，顶出螺栓6会向下顶入植体内的凹槽，将愈合基台轻轻顶出。而后在咬合力的作用下，实现基台1与牙种植体5的可靠连接。
实施例3
1、参照人体骨小梁结构及形态，设计出具有相近形态的三维微孔结构及小锥度锥形壁，导入到打印成型程序中。利用激光三维成型技术，将纯钽粉末和低弹性模量钛合金按照既定设计，在预成型薄壁锥形桶表面烧结成型。通过调控，获得具有仿生骨小梁结构的微孔层3，微孔层3的孔隙率以及微孔尺寸由内到外依次增加，其中微孔层3的内侧壁微孔尺寸为30μm，孔隙率为25％；中间部分的微孔尺寸逐渐增加至150μm，孔隙率逐渐增加至40％；外侧壁的微孔尺寸最后增加至200μm，孔隙率增加至55％。
2、将铝合金的同形状且尺寸匹配的薄壁锥形筒过渡层放入微孔层中，完成微孔层3和过渡层2的组装，形成外部组装件。
3、将筛好的Ti-6Al-4V合金粉末装入低压紧实模型，然后室温下加载压力0.5MPa，获得密实度约65％的低压紧实粗坯；其次，将低压紧实粗坯放入中压 预定型模具中，室温下加载压力3MPa，获得密实度约75％的中压紧实初坯；然后，将中压紧实初坯放入高压定型模具，室温下加载压力10MPa，获得密实度约85％的高压定型中坯；最后将高压定型中坯放入热等静压模具中，1000℃下加载20MPa压力，保温时间0.5h，获得密实度大于98％的基体4，其中与基台1对接的顶面设置有高度为1.2毫米的钛合金层7。
4、将粉末冶金获得的基体4部分放入外部组装件内，获得组装好的牙种植体5。将组装好的牙种植体5倒置固定在特定的模具上，使得三层结构接触紧密，然后放入热等静压炉中进行扩散连接，并二次紧实。其中温度设定为两个阶段，设定第一阶段的加热温度为640℃，保温时间0.5h；第二阶段的加热温度为1000℃，保温时间0.5h；整个过程压力保持在18MPa。经过严格的成品质量检测后，进行整体清理和清洗处理，去除掉表面的杂质、未烧结颗粒和污物，进行打标包装、灭菌处理后入库。
5、相配套的基台1与顶出螺栓6等配件通过机械精密加工制备，其中基台1有上下两个部分的锥段，两个锥段之间设置有无锥度的过渡区8，下部分锥段10的莫氏锥度为4°，且具有与顶出螺栓6相配的内螺纹结构9。给愈合用的基台配套HTPP材料制作的软组织愈合保护帽，用有色标标定牙种植体直径，方便后期的临床修复需要。
6、临床种植时，使用配套工具进行骨床预备，根据不同类型的骨硬度进行相应的钻孔程序，完成钻孔后利用工具盒内等尺寸的金属杆测量进入骨内的阻力。将带愈合基台的牙种植体5从无菌包装中取出，采用轻微力量敲击愈合基台，使牙种植体5进入骨内，直至完全就位，在愈合基台上压入配套软组织愈合保护帽，关闭伤口即可完成外科手术。
7、临床修复更换基台时，打开愈合基台的螺丝封孔，用螺丝刀配合扭力扳手顺时针旋转，顶出螺栓6会向下顶入植体内的凹槽，将愈合基台轻轻顶出。插入基台时，只需在咬合力的作用下，即可实现基台1与牙种植体5的可靠连接。
实施例4
具体操作步骤与实施例1一致，只是牙种植体5的微孔层的外侧壁孔隙率为65％至70％，外侧壁的微孔尺寸为350μm至500μm。
实施例5
具体操作步骤与实施例1一致，只是基台的两个锥段之间不设置无锥度的过渡区8。
实施例6
具体操作步骤与实施例1一致，只是牙种植体5与基台1对接的顶面不设置钛合金层7。
实施例7
具体操作步骤与实施例1一致，只是牙种植体5内部具有内螺纹，与基台1通过螺栓连接。
比较例1
如参考示意图4所示，采用钛及钛合金粉末，将粉末置于特定模具内，放入热等静压设备中进行压实烧结，形成具有特定结构的牙种植体初坯，然后在真空室中缓慢冷却，当温度降至200度以下时，取出进一步冷却至室温，清洗表面备用。
采用数控设备机加工，在牙种植体初坯表面制造出螺纹结构，包括牙种植体修复平台11、颈部螺纹12、过度螺纹13、主螺纹14、根尖螺纹15、根尖部16，得到牙种植体。在牙种植体内部制造与常规基台19的中央螺丝18匹配的内螺纹结构。
采用传统机械加工的方法，制造具有基台连接区17、中央螺丝18、基台 抗旋结构20的常规基台19。
然后对牙种植体表面进行喷砂和酸蚀处理，增加牙种植体表面粗糙度，对根尖部16进行抛光处理，随后进行清洗、灭菌、封装。
临床种植时，用特定工具在患者的牙槽骨上转出与牙种植体外表面螺纹结构对应的小孔，将牙种植体旋入患者牙槽骨中，在常规基台19上安装愈合帽，将常规基台19旋入牙种植体中，缝合伤口即可完成外科手术。等待3-6个月时间，让牙槽骨组织和种植体结合。
临床更换基台时，用特定工具将基台从牙种植体中旋出，取下愈合帽，再通过旋转方式安装长久修复基台，完成种植。
比较例2
具体操作步骤与实施例1一致，只是牙种植体5不是无螺纹微锥柱形结构，而是呈现螺旋状。
比较例3
具体操作步骤与实施例1一致，只是微孔层3不是仿生骨小梁结构，而是杂乱无章的微孔。
实验例1
将实施例1-7与比较例1-3的牙种植体系统进行静态压缩试验，具体实验评价方法为：
将实施例1-7以及比较例1-3的牙种植体系统组装完毕，按照标准的压缩试验，将其固定在特定的压缩夹具上，进行静态压缩试验，测试牙种植体系统的最大压弯载荷和压缩弯矩。具体测量数据如下表1所示：
表1 静态压缩测试结果
| 组别 | 压弯最大载荷(N) | 压缩弯矩(N·mm) |
| 实施例1 | 710.25 | 3898.56 |
| 实施例2 | 702.08 | 3861.47 |
| 实施例3 | 705.24 | 3871.06 |
| 实施例4 | 695.76 | 3791.25 |
| 实施例5 | 680.54 | 3723.68 |
| 实施例6 | 690.70 | 3819.03 |
| 实施例7 | 678.39 | 3687.19 |
| 比较例1 | 544.01 | 2992.07 |
| 比较例2 | 613.29 | 3373.07 |
| 比较例3 | 648.20 | 3565.12 |
实验例2
将实施例1-7与比较例1-3的牙种植体系统进行压缩疲劳性能实验，具体实验评价方法为：
将组装好的实施例1-7和比较例1-3的牙种植体系统放置于特定的压缩疲劳试验装置，进行正弦加载及卸载，最大载荷、最小载荷及循环次数如表2所示。
表2 动态压缩疲劳试验结果
实验例3
将实施例1-7与比较例1-3的牙种植体系统进行体内植入实验，具体实验评价方法为：
以一只成年比格犬作为试验动物模型，在其口腔内植入本发明实施例1-7和比较例1-3的牙种植体系统。包括以下步骤：
进行种植手术前确保实验动物无任何不良反应或系统性疾病；
种植位点为两侧下颌骨内，保证颌龈间隙量足，黏膜无明显红肿或异常渗出，咬合关系无明显异常，无明显骨壁缺损，尽量统一入组标准。术中及时对动物呼吸、脉搏、心率等生命体征进行检测，防止动物意外死亡。
术后12周观察并测量种植位点垂直骨吸收、牙龈下行、骨结合稳定系数等。具体数据如下表3所示:
表3 体内植入实验结果
由上述实验例1-3可以明显看出实施例1为发明提供的最佳实施例，其在压缩强度、压缩疲劳、体内骨结合稳定系数测试中均表现出色，并且实施例1-7的数据也相对优于对比例1-3的数据，由此可见本发明提供的各项参数均是最为合理的设计。
在实验例1中可以明显看出比较例1由于制备方法与本发明完全不同，通过一体化的数控机床加工无法具有本发明的机械强度，其压弯最大载荷和压缩弯矩远小于其他实施例和比较例。由于实施例7与基台通过螺栓连接，无冷焊效果，而实施例5未设置有无锥度过渡区，冷焊效果低于其他实施例，因此实施例5、7的测试结果低于其他实施例。该实验表现出本发明的牙种植体系统具有极高的机械强度。
在实验例2中可以明显看出，比较例1与比较例2由于牙种植体的外螺旋结构，产生应力集中的问题导致疲劳失效，而实施例7因为牙种植体的内螺纹结构导致疲劳失效。该实验表现出本发明采用的无螺纹微锥柱形与无内螺纹结构有助于提升力学性能。
在实验例3中可以明显看出比较例1和比较例3由于没有本发明的仿生骨小梁微孔结构，其骨结合的效果要弱很多，实施例4由于骨小梁结构的孔隙率和微孔尺寸较大，导致垂直骨吸收和牙龈下行数值略大，容易引发牙齿松动、牙龈退缩、疼痛等现象。该实验表现出本发明的仿生骨小梁微孔结构有显著的 骨长入能力和解决应力集中的效果。
最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
- 一种表面梯度微孔结构的牙种植体系统，其特征在于，包括表面具有多孔结构的无螺纹微锥柱形牙种植体，所述牙种植体包括基体以及包覆在基体外侧的微孔层，所述微孔层为仿生骨小梁结构，所述微孔层的孔隙率以及微孔尺寸由内到外依次增加。
- 根据权利要求1所述的牙种植体系统，其特征在于，所述微孔层沿径向上的内侧壁的孔隙率为20％至30％，外侧壁的孔隙率为50％至60％，所述微孔层沿径向上的内侧壁的微孔尺寸为20μm至40μm，外侧壁的微孔尺寸为150μm至300μm；优选地，所述微孔层由低模量钛合金和纯钽材料制得。
- 根据权利要求1所述的牙种植体系统，其特征在于，在微孔层与基体之间设置有过渡层，所述过渡层采用熔点为660-640℃的铝合金材料。
- 根据权利要求1所述的牙种植体系统，其特征在于，还包括与所述牙种植体对接的基台，所述基台包括上下两个部分的锥段，且两个所述锥段之间设置有无锥度的过渡区，所述基台下部分的锥段插入所述牙种植体。
- 根据权利要求4所述的牙种植体系统，其特征在于，还包括有顶出螺栓，在所述基台下部分的锥段的内部设置有内螺纹结构，所述内螺纹结构用于与所述顶出螺栓配合。
- 根据权利要求5所述的牙种植体系统，其特征在于，所述牙种植体与所述基台对接的顶面设置有高度为0.8-1.2毫米的钛合金层。
- 权利要求1-6任一项所述的牙种植体系统的制备方法，其特征在于，包括分别制备组成所述牙种植体的微孔层以及基体，然后对组成所述牙种植体的各个构件进行组装；其中所述微孔层的制备方法包括：通过激光3D打印在预成型的锥形筒表面烧结成型，得到具有所述仿生骨小梁结构的微孔层。
- 根据权利要求7所述的牙种植体系统的制备方法，其特征在于，所述 基体的制备方法包括如下步骤：将Ti-6Al-4V合金粉末进行紧实，而后加压0.5-1MPa，获得密实度65-75％的低压紧实粗坯；将所述低压紧实粗坯加压3-5MPa，获得密实度75-85％的中压紧实初坯；将中压紧实初坯加压10-15MPa，获得密实度85-95％的中坯；将中坯在900-1100℃下加压20-25MPa，保温0.5h，获得密实度大于98％的所述基体。
- 根据权利要求7所述的牙种植体系统的制备方法，其特征在于，还包括有采用精密加工的方法制备基台、顶出螺栓的步骤，将制备得到的基台、顶出螺栓与组装后的所述牙种植体进行配合使用。
- 根据权利要求7所述的牙种植体系统的制备方法，其特征在于，所述牙种植体组装的方法包括：依次将微孔层、过渡层、基体进行组装；优选地，依次将微孔层、过渡层、基体进行组装的方法包括：将铝合金的同形状且尺寸匹配的薄壁锥形筒过渡层放入微孔层中，完成微孔层和过渡层的组装，形成外部组装件；将基体部分放入所述外部组装件内，得到牙种植体；将所述牙种植体进行紧实，通过热等静压完成扩散连接，其中所述热等静压为两个阶段；第一阶段的温度针对不同材质的过渡层而设定，其中铝合金过渡层的为640℃，保温时间0.5h；第二阶段的温度为1000℃，保温时间0.5h，整个过程压力保持在15-20MPa；对进行完热等静压的牙种植体进行二次紧实、整体清理处理，去除掉表面的杂质、未烧结颗粒和污物。
Applications Claiming Priority (2)
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