具有類似骨吸收陷窩表面形貌的鈦種植體及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于口腔鈦種植體表面處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有仿骨吸收陷窩結(jié)構(gòu)表面形貌的鈦種植體及制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]口腔種植治療已經(jīng)成為現(xiàn)今口腔臨床缺失牙修復(fù)最好的治療手段。種植體的表面性質(zhì)是影響其骨整合性能最重要的因素之一，因此，種植體的表面處理技術(shù)也是影響種植體產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵要素。盡管目前臨床上使用的種植體系統(tǒng)采用了很多種種植體表面處理技術(shù)，已經(jīng)能滿足常規(guī)種植治療的要求。但是遇到某些患者自身牙槽骨骨質(zhì)骨量不佳的情況，或是即刻種植即刻修復(fù)等新興的治療方式，就對(duì)種植體的骨整合能力提出了更高的要求。因此，進(jìn)一步研發(fā)能夠提高種植體的骨整合速度和強(qiáng)度的新型表面處理技術(shù)成為種植體領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向之一。
[0004]種植體的表面處理技術(shù)有很多的方法，物理的，化學(xué)的，生物的等等，通過這些方法，可以帶來種植體表面形貌、表面化學(xué)成分以及表面能的改變。其中，表面形貌是重要的因素之一。不同的表面處理方法可以得到懸殊的表面形貌結(jié)構(gòu)，如溝槽，凹凸不平的不規(guī)則表面結(jié)構(gòu)，微孔或凹坑結(jié)構(gòu)，納米顆?；蚣{米管結(jié)構(gòu)等[David M, Ehrenfest D, CoelhoPGj Kang BSj Sul YTj Albrektsson T.Classificat1n of osseointegrated implantsurfaces: materials.chemistry and topography.Trends in B1technology, 2010，28(4): 198?206]。什么樣的表面形貌對(duì)種植體形成骨整合最有利呢？
近年來，學(xué)術(shù)界提出了仿生學(xué)的理念。研究表明，種植體-骨結(jié)合界面的形成過程與自然新舊骨結(jié)合界面的相似。自然骨形成或重建過程中，破骨細(xì)胞在舊骨表面骨吸收作用所形成的吸收陷窩結(jié)構(gòu)對(duì)新舊骨結(jié)合界面的形成具有重要作用。因此，J.E.Davies等認(rèn)為最理想的種植體應(yīng)該具有類似骨吸收陷窩結(jié)構(gòu)的拓?fù)浔砻嫘蚊?。骨吸收陷窩，也稱為豪弗斯陷窩(Howsh iP ’ s Iacunae )，呈細(xì)胞狀或蠶食狀的陷窩樣結(jié)構(gòu)，總結(jié)文獻(xiàn)對(duì)骨吸收陷窩的描述、表征數(shù)據(jù)，吸收陷窩具有如下形貌特征:1.吸收陷窩的輪廓和邊緣清晰可辨，與未吸收骨面分界清楚，像在平地上向下“掘出”的凹坑。2.單個(gè)的吸收陷窩的形貌呈近圓形或卵形，多個(gè)吸收陷窩聚在一起，也呈現(xiàn)溝槽狀，但吸收陷窩的輪廓線是平滑的。尺寸特征:吸收陷窩的長寬徑分布在幾個(gè)微米到幾十甚至上百個(gè)微米，深度可達(dá)幾個(gè)微米到幾十個(gè)微米。由此可見，骨吸收陷窩具有鮮明的形貌特征。
[0005]國內(nèi)外有一些技術(shù)方法能夠在鈦種植體表面制備出凹坑狀結(jié)構(gòu)，常用的方法是噴砂處理。Straumann公司專利的SLA表面種植體，通過噴砂酸蝕的方法在種植體表面制備出直徑在30?100 μπι的微米凹坑結(jié)構(gòu)和I?3 μπι的蝕坑結(jié)構(gòu)，噴砂的原理是在一定氣壓下將白剛玉、氧化鈦、SiC顆粒、金剛砂噴射到種植體表面，在砂粒的撞擊下形成凹坑狀結(jié)構(gòu)。砂粒粒徑越大，氣壓越大，凹坑的直徑及深度越大。酸蝕的原理是利用硫酸、鹽酸、氫氟酸等酸液的腐蝕作用，與鈦發(fā)生反應(yīng)，使鈦溶解，由于表面不同區(qū)域被溶解的程度不一樣，從而形成凹坑狀結(jié)構(gòu)，酸蝕可以與噴砂聯(lián)用，也可以單獨(dú)實(shí)施。噴砂:邊緣不清晰，深度不夠。
[0006]能夠獲得的中國專利CN200510062209.1公開一種“在純鈦牙種植體表面制備具有生物活性多孔結(jié)構(gòu)的方法”，采用金剛砂噴砂4bar壓力下噴砂的方法來構(gòu)造直徑為10?30μπι的微米級(jí)凹坑。形成的凹坑結(jié)構(gòu)在尺寸上與在骨吸收陷窩的尺寸范圍內(nèi)，但是形狀存在明顯差異，其形狀是不規(guī)則的，與噴粒的不規(guī)則形狀有關(guān)。
[0007]中國專利CN201210052274.6公開一種“在鈦合金牙種植體表面制備微米亞微米雙級(jí)微結(jié)構(gòu)的方法”，在組成為HCl 88-110g/L、HF 39-63g/L,NH4F 10_25g/L的電解液中采用電解蝕刻的方法處理鈦種植體，制備得到直徑2_5μπι的微米級(jí)微結(jié)構(gòu)表面。但是，這個(gè)方法制備的微米凹坑結(jié)構(gòu)尺寸與吸收陷窩相比偏小。Zhao等利用電化學(xué)微加工法在鈦表面構(gòu)建具有可控尺寸(10，30，100 MO的規(guī)則排列的微米凹坑結(jié)構(gòu)，但是這個(gè)方法僅適合于制備外形規(guī)則平整的鈦片，不適用于螺紋狀的鈦種植體產(chǎn)品。
[0008]中國專利CN201210232397.8公開一種在該鈦基底表面上形成的微米/納米多級(jí)復(fù)合孔結(jié)構(gòu)的銳鈦礦型二氧化鈦膜層的方法。采用硫酸與鹽酸混合溶液進(jìn)行酸刻蝕處理，經(jīng)過酸刻蝕處理后在所述鈦基底表面形成微米級(jí)孔結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行陽極氧化處理，電解液為
0.3wt%NH4F+0.2wt%H202的乙二醇溶液在微米級(jí)結(jié)構(gòu)上形成納米級(jí)孔結(jié)構(gòu)，即形成微米/納米多級(jí)復(fù)合孔結(jié)構(gòu);進(jìn)行熱處理，經(jīng)過熱處理后在鈦基底材料表面形成微米/納米多級(jí)復(fù)合孔結(jié)構(gòu)的銳鈦礦型二氧化鈦膜層。微米孔的孔徑為2_6μπι，納米孔的孔徑為10-100nm。相比骨吸收陷窩微米孔孔徑明顯小很多。綜上所述，國內(nèi)外已有的專利技術(shù)方法均不能在鈦種植體表面制備出類似骨吸收陷窩多孔結(jié)構(gòu)。
[0009]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種具有仿骨吸收陷窩結(jié)構(gòu)表面形貌的鈦種植體及其制備方法。
[0011]解決以上技術(shù)問題的本發(fā)明中的一種具有類似骨吸收陷窩結(jié)構(gòu)表面形貌的鈦種植體，其特征在于:包括鈦種植體本體和凹坑層，所述凹坑層的凹坑為蠶食狀或細(xì)胞狀，形狀輪廓和三維尺寸與破骨細(xì)胞在骨面上骨吸收作用形成的吸收陷窩結(jié)相似，相似度可為96-100%。
[0012]所述凹坑長徑為2-80μ??，寬徑為2_40ym，深度為2-40μηι。
[0013]所述鈦種植體本體為鈦種植體或鈦片。
[0014]本發(fā)明中一種制備具有類似骨吸收陷窩結(jié)構(gòu)表面形貌的鈦種植體的方法，其特征在于:
包括以下步驟:
(I)預(yù)處理:將鈦種植體清洗處理，烘箱中干燥后待用，干燥溫度50-70°C，時(shí)間20-60min;為洗除鈦種植體表面的油污及雜質(zhì)。
[0015](2)電解液配制:配制甲酸鹽/乙酸鹽混合電解液，甲酸根離子的摩爾濃度為0.05-10 mol/L，乙酸根離子的摩爾濃度為O?2.4 mol/L；
電解液的種類和用量對(duì)鈦金屬表面形成的氧化膜的多孔結(jié)構(gòu)的形成以及性狀具有很大的影響，甲酸根離子和乙酸根離子對(duì)氧化鈦具有特殊的場(chǎng)致溶解作用，是形成凹坑狀結(jié)構(gòu)的主要原因和必要條件，陽極氧化電解液的組成和濃度決定了所獲得的陽極氧化膜的多孔結(jié)構(gòu)的形狀特征，采用不含這兩種離子的電解液配方在同樣的電參數(shù)條件下，無法獲得本發(fā)明中制備的類似形狀、尺寸的凹坑結(jié)構(gòu)。
[0016](3)陽極氧化裝置:以可調(diào)直流穩(wěn)壓電源為陽極氧化電源，將步驟(I)中的鈦種植體作為陽極與電源正極相連，用鈦箔或不銹鋼箔制成圓柱面環(huán)形陰極，環(huán)繞鈦種植體作為陰極與電源負(fù)極相連，再將鈦種植體待處理部分浸沒入液面下，將步驟(2)中電解液置于電解槽中，磁力攪拌;電解槽可為玻璃或有機(jī)玻璃電解槽。
[0017]了圓柱狀陰極的作用是使種植體的每個(gè)區(qū)域電流密度分布基本均勻，磁力攪拌的作用是使反應(yīng)過程中電解液攪拌均勻。
[0018](4)陽極氧化處理:通電后初始電流密度值設(shè)為2.5-10mA/cm2，逐步升高，每步保持時(shí)間為1-10 min，升流遞進(jìn)值為2.5-10mA/cm2，每次處理固定升流遞進(jìn)值及保持時(shí)間，步程數(shù)5-20個(gè)，電流時(shí)間曲線呈上行臺(tái)階式；
通電后陽極氧化處理逐步升流模式:可采用階梯式升流模式，每步保持一定的時(shí)間，電流時(shí)間曲線呈上行臺(tái)階式。
[0019]階梯式升流模式的作用是為酸根離子的場(chǎng)致溶解作用提供適宜的電場(chǎng)動(dòng)力和必要的溶解時(shí)間。
[0020](5)后處理:再在去離子水中超聲清洗步驟(4)中的鈦種植體，干燥，干燥溫度為50-70°C，時(shí)間20-60min，即得到的鈦種植體具有類似骨吸收陷窩結(jié)構(gòu)的表面形貌。
[0021]超聲清洗的作用是洗脫殘留在鈦種植體表面的沉淀或雜質(zhì)物質(zhì)，達(dá)到清潔種植體表面的作用。
[0022]步驟(2 )中所述甲酸鹽為甲酸鈉、甲酸鉀或甲酸銨一種或兩種以上，乙酸鹽為乙酸鈉、乙酸鉀或乙酸銨一種或兩種以上。
[0023]電解液配方主要為中性鹽溶液，不揮發(fā)，可長期保存，穩(wěn)定，無毒，對(duì)環(huán)境友好，成本低廉，利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。配置高濃度電解液時(shí)，需選擇溶解度足夠大的試劑。
[0024]步驟(3)中所述陽極與陰極的距離為3_5cm。
[0025]步驟(3)中控制所述電解液溫度為10°C_30°C，溫度對(duì)場(chǎng)致溶解速度以及氧化層的形成速度均有影響，溫度過低或過高時(shí)，無法獲得實(shí)施效果。
[0026]本發(fā)明中鈦種植體經(jīng)制備后，種植體表面可見大量的凹坑結(jié)構(gòu)，呈蠶食狀或細(xì)胞狀，其邊緣清晰，與平坦區(qū)域分界清楚，形狀輪廓和三維尺寸均與破骨細(xì)胞在骨面上骨吸收作用形成的吸收陷窩結(jié)構(gòu)相似。
[0027]以上任一所述方法制備得到的具有仿骨吸收陷窩結(jié)構(gòu)表面形貌的鈦種植體均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0028]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要)中公