專利名稱：誘導(dǎo)成骨生物活性人工牙根種植體材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物活性人工牙根種植體，具體是指誘導(dǎo)成骨生物活性梯度涂層人工牙根種植體材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于各種原因造成的牙部分缺失或全部缺失直接影響了人們的身體健康和美觀，現(xiàn)代人工牙種植技術(shù)使失牙再植成為可能。人工種植牙可恢復(fù)缺失天然恒牙的全部功能及類似天然恒牙的狀態(tài)，使大量用傳統(tǒng)方法無法修復(fù)的牙缺失患者得到根本治療。目前臨床應(yīng)用最廣泛的牙根種植體是由金屬純鈦或鈦合金制成，這類種植體具有良好的生物相容性以及優(yōu)良的力學(xué)性能和加工性能，但是由于金屬牙種植體屬于生物惰性材料，牙床和人工牙根不能形成生物結(jié)合，易于感染、松動，遠(yuǎn)期療效差。羥基磷灰石涂層人工牙種植體材料具有良好的生物活性和生物相容性，然而羥基磷灰石涂層與金屬基體的結(jié)合強(qiáng)度低，在應(yīng)力作用及生物液體的侵蝕作用下，涂層容易脫落、溶解及侵蝕，造成種植體生物活性降低，使用壽命縮短，甚至感染。中國專利ZL97119791.1“生物活性梯度涂層人工關(guān)節(jié)的制備方法”公開了一種在金屬基體表面生物活性梯度涂層材料的制備方法，有效的提高涂層與金屬基體間的結(jié)合強(qiáng)度，改善了人工牙的功能和使用狀態(tài)。但是，該類材料仍然存在一些未能解決的技術(shù)問題，主要是材料本身不具有誘導(dǎo)成骨功能，當(dāng)材料植入生物體后，需要較長的時間才能與生物體形成穩(wěn)定的生物結(jié)合。因此存在早期固定時間長有可能引起種植體周圍組織感染，生物活性降低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前人工牙根種植體材料存在的問題，提供一種誘導(dǎo)成骨的生物活性梯度涂層人工牙根種植體材料及其制備方法，從而使種植體材料短期內(nèi)與人體組織產(chǎn)生生物結(jié)合，并且形成一個整體，解決牙根種植體材料的早期固定問題和遠(yuǎn)期療效問題。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施實現(xiàn)一種誘導(dǎo)成骨生物活性人工牙根種植體材料，其特征在于(1)結(jié)構(gòu)上從致密至多孔、成分上從生物穩(wěn)定性至生物活性呈連續(xù)梯度變化的生物活性梯度涂層，其涂層厚度為80～100μm、表面涂層的孔隙率為20～30％；(2)梯度涂層的成分及其質(zhì)量百分含量為羥基磷灰石納米粉體30～80％、生物活性玻璃納米粉體5～20％、氧化鋁納米粉體5～20％以及氧化鈦納米粉體10～40％；(3)梯度涂層表面組裝有骨形態(tài)發(fā)生蛋白或/和堿性成纖維細(xì)胞生長因子或/和轉(zhuǎn)化生長因子β。
一種誘導(dǎo)成骨生物活性人工牙根種植體材料的制備方法，包括采用全自動凈能量控制的等離子噴涂技術(shù)，在生物相容性優(yōu)良的金屬基體表面制備生物活性梯度涂層，其特征在于生物活性涂層的成分和結(jié)構(gòu)均呈連續(xù)梯度變化，且生物活性涂層表面組裝有生物活性因子，具體步驟如下步驟一、生物活性梯度涂層的制備(1)梯度涂層的成分及其質(zhì)量百分含量調(diào)整范圍如下羥基磷灰石納米粉體 30～80％生物活性玻璃納米粉體5～20％氧化鋁納米粉體 5～20％氧化鈦納米粉體 10～40％以金屬假體為基底，由里向外涂層成分呈梯度分布的規(guī)律為羥基磷灰石納米粉體 30～80％呈逐步遞增生物活性玻璃納米粉體20～5％呈逐步遞減氧化鋁納米粉體 20～5％呈逐步遞減氧化鈦納米粉體 40～10％呈逐步遞減(2)上述納米粉體的粒徑范圍均為30～80nm，并需進(jìn)行常規(guī)表面活化處理；
(3)根據(jù)上述梯度涂層材料的配方和要求，精確控制各種納米粉體的輸送量和等離子噴涂工藝參數(shù)，梯度涂層厚度為80～100μm、表面涂層的孔隙率為20～30％；等離子噴涂工藝參數(shù)如下主氣Argon70～90scfh，次氣Hydrogen5～10scfh，噴涂電流400～600A，噴涂電壓40～60V，噴涂距離100～150mm；步驟二、組裝生物活性因子(1)將骨形態(tài)發(fā)生蛋白、堿性成纖維細(xì)胞生長因子或轉(zhuǎn)化生長因子β中的一種或二種或三種生物活性因子溶于溶劑，使相應(yīng)的溶液中含有生物活性因子的濃度為骨形態(tài)發(fā)生蛋白0～500μg/L，堿性成纖維細(xì)胞生長因子0～10μg/L，或轉(zhuǎn)化生長因子β0～50μg/L；當(dāng)三種生物活性因子即骨形態(tài)發(fā)生蛋白、堿性成纖維細(xì)胞生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子β同時溶于溶劑，使溶液中生物活性因子的濃度范圍如下骨形態(tài)發(fā)生蛋白100～500μg/L，堿性成纖維細(xì)胞生長因子2～10μg/L，轉(zhuǎn)化生長因子β10～50μg/L。
(2)將含有生物活性因子溶液置于30～37℃的恒溫箱中低速振蕩5～10分鐘后，把步驟一所制備的生物活性梯度涂層材料浸入該溶液中，保持2～8小時，然后取出真空抽吸冷凍干燥，選用環(huán)氧乙烷熏蒸消毒3～5小時，得到具有誘導(dǎo)成骨功能的生物活性人工牙根種植體材料。。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點1、生物活性梯度涂層表面的多孔結(jié)構(gòu)(表面涂層的孔隙率為20～30％)和生物活性成分有利于植入體與骨組織間形成骨性結(jié)合，同時可作為各種生物因子、活體細(xì)胞的載體與支架。
2、生物活性梯度涂層表面組裝有生物活性因子，具有誘導(dǎo)成骨功能和生物活性，可在短時間內(nèi)與牙床組織產(chǎn)生生物結(jié)合、組織與細(xì)胞反應(yīng)，促進(jìn)材料參與人體組織的新陳代謝，患者恢復(fù)快。
3、生物活性梯度涂層具有結(jié)構(gòu)上從致密至多孔、成分上從生物穩(wěn)定至生物活性的雙梯度涂層特征。涂層底層的致密結(jié)構(gòu)和生物穩(wěn)定性成分明顯提高了生物活性涂層與金屬基體的結(jié)合強(qiáng)度以及牙種植體在人體生理環(huán)境中抗體液溶解能力，同時有利于阻止體液對金屬基體的腐蝕，解決了牙根種植體材料所面臨的遠(yuǎn)期療效問題。
4、本發(fā)明所制備的誘導(dǎo)成骨生物活性人工牙根種植體材料具有良好的誘導(dǎo)成骨功能、生物活性和生物相容性，種植體短時間內(nèi)可與牙床形成牢固的生物結(jié)合，并長期穩(wěn)定存在，滿足臨床應(yīng)用要求。
具體實施例方式
實施例1選用金屬純鈦加工出一批狗的牙根作為基體材料，采用Praxair4550等離子噴涂設(shè)備制備生物活性梯度涂層。然后利用生物組裝技術(shù)將骨形態(tài)發(fā)生蛋白組裝在梯度涂層表面，使材料具有誘導(dǎo)成骨功能和良好的生物活性。其具體制備過程如下第一步、生物活性梯度涂層的制備將粒徑范圍在30～80nm的羥基磷灰石、生物活性玻璃、氧化鋁以及氧化鈦粉體分別進(jìn)行常規(guī)表面活化處理，以滿足等離子噴涂工藝要求。生物活性梯度涂層的成分上從生物穩(wěn)定性至生物活性呈連續(xù)梯度變化。即以金屬假體為基底，由里向外涂層的成分及其質(zhì)量百分含量變化規(guī)律如下羥基磷灰石納米粉體 40％～80％依次逐步遞增；生物活性玻璃納米粉體15％～5％依次逐步遞減；氧化鋁納米粉體 20％～5％依次逐步遞減；氧化鈦納米粉體 25％～10％依次逐步遞減。
生物活性梯度涂層制備過程中，采用全自動凈能量控制的等離子噴涂技術(shù)，根據(jù)上述梯度涂層的組分要求，精確控制各種納米粉體的輸送量和等離子噴涂工藝參數(shù)。梯度涂層厚度為約100μm、表面涂層的孔隙率為30％。等離子噴涂工藝參數(shù)如下主氣Argon70scfh；次氣Hydrogen5scfh；噴涂電流400A；噴涂電壓40V；噴涂距離150mm。
第二步、組裝生物活性因子(1)配置含有生物活性因子的溶液a、將450μg骨形態(tài)發(fā)生蛋白用0.2g/dL鹽酸胍溶液溶解后，用水透析除去鹽酸胍，振動搖勻配置成濃度為300μg/L的骨形態(tài)發(fā)生蛋白混懸液1.5L；b、將12μg堿性成纖維細(xì)胞生長因子溶于去離子水后，振動搖勻配置成濃度為8μg/L的堿性成纖維細(xì)胞生長因子混懸液1.5L；c、將45μg轉(zhuǎn)化生長因子β溶于去離子水后，振動搖勻配置成濃度為30μg/L的轉(zhuǎn)化生長因子β混懸液1.5L。
(2)將上述a或b或c混懸液置于37℃的恒溫箱中低速振蕩5分鐘后，把步驟一所制備的生物活性梯度涂層材料浸入混懸液，并在37℃下，恒溫2小時，取出真空抽吸冷凍干燥；第三步、將上述步驟所制備的人工牙根種植體材料用環(huán)氧乙烷熏蒸消毒3小時后備用。
實施例2選用金屬Ti6Al7Nb加工出一批狗的牙根作為基體材料，采用Praxair4550等離子噴涂設(shè)備制備生物活性梯度涂層。然后利用生物組裝技術(shù)將骨形態(tài)發(fā)生蛋白、轉(zhuǎn)化生長因子β組裝在梯度涂層表面，使材料具有誘導(dǎo)成骨功能和良好的生物活性。其具體制備過程如下第一步、生物活性梯度涂層的制備將粒徑范圍在30～80nm的羥基磷灰石、生物活性玻璃、氧化鋁以及氧化鈦粉體分別進(jìn)行常規(guī)表面活化處理，以滿足等離子噴涂工藝要求。生物活性梯度涂層的成分上從生物穩(wěn)定性至生物活性的連續(xù)梯度變化。即以金屬假體為基底，由里向外涂層的成分及其質(zhì)量百分含量度變化規(guī)律如下羥基磷灰石納米粉體 30％～65％依次逐步遞增生物活性玻璃納米粉體20％～10％依次逐步遞減氧化鋁納米粉體 10％～5％依次逐步遞減氧化鈦納米粉體 40％～20％依次逐步遞減生物活性梯度涂層制備過程中，采用全自動凈能量控制的等離子噴涂技術(shù)，根據(jù)上述梯度涂層的組分要求，精確控制各種納米粉體的輸送量和等離子噴涂工藝參數(shù)。梯度涂層厚度為約80μm、表面涂層的孔隙率為20％。等離子噴涂工藝參數(shù)如下主氣Argon90scfh；次氣Hydrogen10scfh；噴涂電流600A；噴涂電壓55V；噴涂距離100mm。
第二步、組裝生物活性因子(1)將150μg骨形態(tài)發(fā)生蛋白、30μg轉(zhuǎn)化生長因子β加0.1mol/L磷酸緩沖鹽溶液振動搖勻，配置成骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度100μg/L、轉(zhuǎn)化生長因子β濃度20μg/L的混懸液1.5L。
(2)將上述混懸液置于30℃的恒溫箱中低速振蕩8分鐘后，把步驟一所制備的生物活性梯度涂層材料浸入混懸液，并在37℃下，恒溫5小時后，取出真空抽吸冷凍干燥；第三步、將步驟所制備的人工牙根種植體材料用環(huán)氧乙烷熏蒸消毒3小時后備用。
實施例3選用金屬純鈦加工出一批狗的牙根作為基體材料，采用Praxair4550等離子噴涂設(shè)備制備生物活性梯度涂層。然后利用生物組裝技術(shù)將骨形態(tài)發(fā)生蛋白、堿性成纖維細(xì)胞生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子β組裝在梯度涂層表面，使材料具有誘導(dǎo)成骨功能和良好的生物活性。其具體制備過程如下第一步、生物活性梯度涂層的制備將粒徑范圍在30～80nm的羥基磷灰石、生物活性玻璃、氧化鋁以及氧化鈦粉體分別進(jìn)行常規(guī)表面活化處理，以滿足等離子噴涂工藝要求。生物活性梯度涂層的成分上從生物穩(wěn)定性至生物活性的連續(xù)梯度變化。即以金屬假體為基底，由里向外涂層的成分及其質(zhì)量百分含量變化規(guī)律如下羥基磷灰石納米粉體 35％～70％依次逐步遞增生物活性玻璃納米粉體20％～15％依次逐步遞減氧化鋁納米粉體 15％～5％依次逐步遞減氧化鈦納米粉體 30％～10％依次逐步遞減生物活性梯度涂層制備過程中，采用全自動凈能量控制的等離子噴涂技術(shù)，根據(jù)上述梯度涂層的組分要求，精確控制各種納米粉體的輸送量和等離子噴涂工藝參數(shù)。梯度涂層厚度為約90μm、表面涂層的孔隙率為25％。等離子噴涂工藝參數(shù)如下主氣Argon82scfh；次氣Hydrogen8scfh；噴涂電流480A；噴涂電壓50V；噴涂距離120mm。
第二步、組裝生物活性因子(1)將750骨形態(tài)發(fā)生蛋白、75μg轉(zhuǎn)化生長因子β加0.1mol/L磷酸緩沖鹽溶液振動搖勻，然后再加入15μg堿性成纖維細(xì)胞生長因子配置成骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度500μg/L、轉(zhuǎn)化生長因子β濃度50μg/L、堿性成纖維細(xì)胞生長因子濃度10μg/L的混懸液1.5L。
(2)將上述混懸液置于30℃的恒溫箱中低速振蕩10分鐘后，把步驟一所制備的生物活性梯度涂層材料浸入，并在37℃下，恒溫8小時后，取出真空抽吸冷凍干燥；第三步、將步驟所制備的人工牙根種植體材料用環(huán)氧乙烷熏蒸消毒5小時后備用。
實施例4選用金屬Ti6Al7Nb加工出一批狗的牙根作為基體材料，采用Praxair4550等離子噴涂設(shè)備制備生物活性梯度涂層。然后利用生物組裝技術(shù)將轉(zhuǎn)化生長因子β，堿性成纖維細(xì)胞生長因子組裝在梯度涂層表面，使材料具有誘導(dǎo)成骨功能和良好的生物活性。其具體制備過程如下第一步、生物活性梯度涂層的制備將粒徑范圍在30～80nm的羥基磷灰石、生物活性玻璃、氧化鋁以及氧化鈦粉體分別進(jìn)行常規(guī)表面活化處理，以滿足等離子噴涂工藝要求。生物活性梯度涂層的成分上從生物穩(wěn)定性至生物活性的連續(xù)梯度變化。即以金屬假體為基底，由里向外涂層的成分及其質(zhì)量百分含量梯度變化規(guī)律如下羥基磷灰石納米粉體 30％～60％依次逐步遞增生物活性玻璃納米粉體20％～12％依次逐步遞減氧化鋁納米粉體 15％～8％依次逐步遞減氧化鈦納米粉體 35％～20％依次逐步遞減生物活性梯度涂層制備過程中，采用全自動凈能量控制的等離子噴涂技術(shù)，根據(jù)上述梯度涂層的組分要求，精確控制各種納米粉體的輸送量和等離子噴涂工藝參數(shù)。梯度涂層厚度為約78μm、表面涂層的孔隙率為22％。等離子噴涂工藝參數(shù)如下主氣Argon85scfh；次氣Hydrogen10scfh；噴涂電流580A；噴涂電壓60V；噴涂距離110mm。
第二步、組裝生物活性因子(1)將15μg轉(zhuǎn)化生長因子β、3μg堿性成纖維細(xì)胞生長因子加去離子水溶液振動搖勻，配置成轉(zhuǎn)化生長因子β濃度10μg/L、堿性成纖維細(xì)胞生長因濃度2μg/L的混懸液1.5L。
(2)將上述混懸液置于30℃的恒溫箱中低速振蕩6分鐘后，把步驟一所制備的生物活性梯度涂層材料浸入，并在37℃下，恒溫3小時后，取出真空抽吸冷凍干燥；第三步、將步驟所制備的人工牙根種植體材料用環(huán)氧乙烷熏蒸消毒3小時后備用。
權(quán)利要求
1.一種誘導(dǎo)成骨生物活性人工牙根種植體材料，其特征在于(1)結(jié)構(gòu)上從致密至多孔、成分上從生物穩(wěn)定性至生物活性呈連續(xù)梯度變化的生物活性梯度涂層，其涂層厚度為80～100μm、表面涂層的孔隙率為20～30％；(2)梯度涂層的成分及其質(zhì)量百分含量為羥基磷灰石納米粉體30～80％、生物活性玻璃納米粉體5～20％、氧化鋁納米粉體5～20％以及氧化鈦納米粉體10～40％；(3)在梯度涂層表面組裝有骨形態(tài)發(fā)生蛋白或/和堿性成纖維細(xì)胞生長因子或/和轉(zhuǎn)化生長因子β。
2.一種誘導(dǎo)成骨生物活性人工牙根種植體材料的制備方法，包括采用全自動凈能量控制的等離子噴涂技術(shù)，在生物相容性優(yōu)良的金屬基體表面制備生物活性涂層，其特征在于生物活性涂層的成分和結(jié)構(gòu)均呈連續(xù)梯度變化，且生物活性涂層表面組裝有生物活性因子，具體步驟如下步驟一、生物活性梯度涂層的制備(1)梯度涂層的成分及其質(zhì)量百分含量調(diào)整范圍如下羥基磷灰石納米粉體 30～80％，生物活性玻璃納米粉體5～20％，氧化鋁納米粉體 5～20％，氧化鈦納米粉體 10～40％；(2)上述納米粉體的粒徑范圍均為30～80nm，并需進(jìn)行常規(guī)表面活化處理；(3)根據(jù)上述梯度涂層材料的配方和要求，精確控制各種納米粉體的輸送量和等離子噴涂工藝參數(shù)，梯度涂層厚度為80～100μm、表面涂層的孔隙率為20～30％；等離子噴涂工藝參數(shù)如下主氣Argon70～90scfh，次氣Hydrogen5～10scfh，噴涂電流400～600A，噴涂電壓30～60V，噴涂距離100～150mm；步驟二、組裝生物活性因子(1)將骨形態(tài)發(fā)生蛋白、堿性成纖維細(xì)胞生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子β中的一種或二種或三種生物活性因子溶于溶劑，使相應(yīng)的溶液中生物活性因子的濃度范圍如下骨形態(tài)發(fā)生蛋白0～500μg/L，堿性成纖維細(xì)胞生長因子0～10μg/L，轉(zhuǎn)化生長因子β0～50μg/L；(2)將含有生物活性因子溶液置于30～37℃的恒溫箱中低速振蕩5～10分鐘后，把步驟一所制備的生物活性梯度涂層材料浸入該溶液中，保持2～8小時，然后取出真空抽吸冷凍干燥、消毒，得到具有誘導(dǎo)成骨功能的生物活性人工牙根種植體材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種誘導(dǎo)成骨生物活性人工牙根種植體材料的制備方法，其特征在于以金屬假體為基底，由里向外涂層成分呈梯度分布的規(guī)律為羥基磷灰石納米粉體 30～80％呈逐步遞增；生物活性玻璃納米粉體20～5％呈逐步遞減；氧化鋁納米粉體 20～5％呈逐步遞減；氧化鈦納米粉體 40～10％呈逐步遞減。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種誘導(dǎo)成骨生物活性人工牙根種植體材料的制備方法，其特征在于當(dāng)三種生物活性因子即骨形態(tài)發(fā)生蛋白、堿性成纖維細(xì)胞生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子β同時溶于溶劑，使溶液中生物活性因子的濃度范圍如下骨形態(tài)發(fā)生蛋白100～500μg/L，堿性成纖維細(xì)胞生長因子2～10μg/L，轉(zhuǎn)化生長因子β10～50μg/L。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物活性人工牙根種植體，具體是指誘導(dǎo)成骨生物活性梯度涂層人工牙根種植體材料及其制備方法。它采用了全自動凈能量控制的等離子噴涂技術(shù)，在生物相容性優(yōu)良的金屬基體表面制備出成分和結(jié)構(gòu)連續(xù)梯度變化的生物活性涂層，涂層的成分及其質(zhì)量百分含量范圍為羥基磷灰石納米粉體30～80％、生物活性玻璃納米粉體5～20％、氧化鋁納米粉體5～20％以及氧化鈦納米粉體10～40％。在梯度涂層表面組裝有骨形態(tài)發(fā)生蛋白、堿性成纖維細(xì)胞生長因子或轉(zhuǎn)化生長因子β。本發(fā)明所制備的人工牙根種植體不但具有良好的誘導(dǎo)成骨功能和生物活性，而且人工牙根種植體材料的涂層與金屬基體結(jié)合強(qiáng)度高，滿足臨床應(yīng)用要求。
文檔編號A61K6/02GK1451367SQ0311384
公開日2003年10月29日 申請日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者王迎軍, 寧成云, 葉建東, 李尚周, 吳建青, 吳剛 申請人:華南理工大學(xué)