專利名稱：生物活性人工牙根及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物活性人工牙根及其制備方法，特別是涉及一種表面具有仿生法制備的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)的人工牙根材料及其制備方法，屬于生物醫(yī)學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人工種植牙可恢復(fù)缺失天然恒牙的功能，這就使得用傳統(tǒng)方法無法修復(fù)的牙缺失患者可得到根本的治療，提高生活質(zhì)量。通常使用的人工牙根是金屬材料，因其是生物惰性材料，與牙床骨組織之間不能形成牢固的生理結(jié)合，在植入后，常常會發(fā)生松動，導(dǎo)致人工牙根置換失敗。采用表面改性技術(shù)在人工牙根金屬基體表面制備生物涂層(膜)，可降低人體環(huán)境下有害金屬離子的溶出，提高其生物相容性和生物活性，使得人工牙根與牙床骨組織之間形成牢固的生理結(jié)合。牙組織的主要無機(jī)質(zhì)是鈣磷相，因此磷酸鈣、羥基磷灰石、摻入CO32-離子的類骨磷灰石或磷酸八鈣等鈣磷陶瓷相組成的生物活性層是提高人工牙根表面活性的理想選擇。此外，在人工牙根表面復(fù)合骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)，可以顯著提高植入初期人工牙根表面誘導(dǎo)成骨的能力。
在人工牙根表面制備鈣磷生物陶瓷涂層的常用方法是等離子噴涂技術(shù)或是基于等離子噴涂技術(shù)的復(fù)合方法。中國專利ZL03113841.1“誘導(dǎo)成骨生物活性人工牙根種植體材料及其制造方法”公開了一種基于等離子噴涂技術(shù)的復(fù)合方法，即先在人工牙根表面等離子噴涂生物玻璃陶瓷梯度涂層，然后在涂層表面進(jìn)一步復(fù)合BMP、堿性成纖維細(xì)胞生長因子或轉(zhuǎn)化生長因子β，所制備的人工牙根具有很好的誘導(dǎo)成骨效應(yīng)。但該人工牙根表面生物玻璃陶瓷梯度涂層是在與人體環(huán)境相差很大的條件下高溫形成的，其成分和結(jié)構(gòu)與生物骨磷灰石相差很大，導(dǎo)致人工牙根長期性能的不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是針對人工牙根材料上述不足，提出一種其表面BMP釋放周期延長，有利于BMP誘導(dǎo)成骨作用的充分發(fā)揮的生物活性人工牙根及其制備方法。
技術(shù)方案本發(fā)明的生物活性人工牙根的組成是在金屬牙根基體表面設(shè)有一層具有雙層結(jié)構(gòu)的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層，在多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層的表面還復(fù)合有骨形態(tài)發(fā)生蛋白，所述及的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層由與金屬基體接觸的磷酸鈣非晶底層和類骨磷灰石晶相表面層組成，其中，磷酸鈣非晶底層厚度為1-10μm；類骨磷灰石晶相表面層厚度為10-100μm。
制備的方法為1)首先選用純鈦或鈦合金加工好人工牙根；2)把人工牙根進(jìn)行表面活化處理，然后通過兩步仿生沉積處理，在人工牙根表面獲得由致密磷酸鈣非晶底層和多孔類骨磷灰石晶相表面層依次組成的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層；3)將表面有多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層的人工牙根浸泡在骨形態(tài)發(fā)生蛋白和磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液中，骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度為0.1-50mg/L，20-40℃下浸泡5-15小時，中間每1-2小時緩慢攪拌一次，取出，即可得本發(fā)明生物活性人工牙根材料。
表面活化處理采用濃度為10-60％的沸騰的H2O2水溶液，處理時間為10-90分鐘，取出沖洗后，再浸泡在溫度為30-80℃、濃度為1-10M的NaOH水溶液中6-48小時。
兩步仿生沉積處理包括如下步驟1)制備仿生鈣化溶液A仿生鈣化溶液A按離子濃度計的有效成分含量鈉離子500-850mM、鎂離子4.5-6.0mM、鈣離子10.0-13.5mM、氯離子500-800mM、磷酸氫根離子4.0-6.0mM、碳酸氫根離子15.0-30.0mM；2)制備仿生鈣化溶液B仿生鈣化溶液B按離子濃度計的有效成分含量鈉離子100.0-180.0mM、鉀離子4.0-5.5mM、鎂離子3.0-4.5mM、鈣離子2.0-3.5mM、氯離子80.0-150.0mM、磷酸氫根離子0.5-1.5mM、碳酸氫根離子6.5-12.0mM、硫酸根離子0.5-1.0mM；3)磷酸鈣非晶底層仿生沉積處理將表面活化處理過的人工牙根浸入溫度為10-30℃仿生鈣化溶液A中，在攪拌條件下，仿生沉積處理12-36小時后取出，清洗，干燥，人工牙根材料表面獲得厚度1-10μm的磷酸鈣非晶層；4)類骨磷灰石晶相表面層仿生沉積處理將表面具有磷酸鈣非晶層的人工牙根浸入溫度為30-50℃仿生鈣化溶液B中，仿生沉積處理12-144小時取出，清洗，干燥，人工牙根表面磷酸鈣非晶層上進(jìn)一步沉積厚度為10-100μm、多孔的類骨磷灰石晶相層。
有益效果(1)本發(fā)明生物活性人工牙根在金屬基體表面有一層采用仿生方法在近似于生理環(huán)境下制備的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層，其表面進(jìn)一步復(fù)合有骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)，該人工牙根材料有很好的生物活性和誘導(dǎo)成骨效應(yīng)，可在短期內(nèi)與牙床骨組織形成牢固的生理結(jié)合。
(2)人工牙根表面多孔鈣磷陶瓷涂層與金屬基體結(jié)合強(qiáng)度高，并具有理想的雙層結(jié)構(gòu)與金屬表面接觸的磷酸鈣非晶底層致密，可抑制金屬基體中有毒金屬離子的析出，并可作為“晶核基面”促進(jìn)類骨磷灰石晶相表面層的沉積生長；類骨磷灰石晶相表面層多孔，厚度為10-100μm，具有很好的生物活性，同時也是BMP理想的載體，有利于BMP誘導(dǎo)成骨作用的充分發(fā)揮。
這種生物活性人工牙根在金屬基體表面有一層采用仿生方法在近似于生理環(huán)境下制備的具有雙層結(jié)構(gòu)的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層，其表面進(jìn)一步復(fù)合有骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)。多孔鈣磷陶瓷涂層與金屬基體結(jié)合強(qiáng)度高，由與金屬表面接觸的磷酸鈣非晶底層和類骨磷灰石晶相表面層組成，磷酸鈣非晶底層致密，厚度為1-10μm，可抑制金屬基體中有毒金屬離子的析出；類骨磷灰石晶相表面層多孔，厚度為10-100μm，具有很好的生物活性，同時也是BMP理想的載體。人工牙根與BMP復(fù)合通常采用溶液浸漬法，BMP可通過毛細(xì)管作用深入滲透到多孔的類骨磷灰石晶相層中，使人工牙根表面BMP的攜帶量大大提高。人工牙根植入人體后，其表面BMP釋放周期延長，有利于BMP誘導(dǎo)成骨作用的充分發(fā)揮。
具體實例方式實施例1(1)首先選用純鈦加工好人工牙根；(2)人工牙根表面活化處理將人工牙根依次用丙酮、70％的酒精、蒸餾水超聲清洗后，采用濃度為20％的沸騰的H2O2水溶液處理，處理時間為45分鐘，取出沖洗后，再浸泡在溫度為30-50℃、4M的NaOH水溶液中24-36小時后，取出蒸餾水沖洗，70℃干燥。
(3)磷酸鈣非晶底層仿生沉積處理將表面活化處理過的人工牙根浸入溫度為20℃仿生鈣化溶液A中，仿生鈣化溶液A按離子濃度計的有效成分含量為鈉離子610mM、鎂離子4.5mM、鈣離子12.5mM、氯離子610.0mM、磷酸氫根離子5.0mM、碳酸氫根離子18.0mM。仿生鈣化溶液A采用磁力攪拌器攪動，仿生沉積處理12-24小時后取出，蒸餾水超聲清洗，室溫干燥，人工牙根表面獲得厚度1.5-2.0μm、致密的磷酸鈣非晶層。
(4)類骨磷灰石晶相表面層仿生沉積處理將表面具有磷酸鈣非晶層的人工牙根浸入溫度為30℃仿生鈣化溶液B中，仿生鈣化溶液B按離子濃度計的有效成分含量鈉離子120.0mM、鉀離子5.0mM、鎂離子3.5mM、鈣離子2.5mM、氯離子120.0mM、磷酸氫根離子1.0mM、碳酸氫根離子11.0mM、硫酸根離子0.5mM。仿生沉積處理12-36小時取出，蒸餾水超聲清洗，室溫干燥，人工牙根表面磷酸鈣非晶底層上進(jìn)一步沉積厚度為15-20μm、多孔的類骨磷灰石晶相表面層。
(5)將表面有多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層的人工牙根浸泡在骨形態(tài)發(fā)生蛋白和濃度為0.1mol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液中，骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度為0.1-50mg/L，20-40℃下浸泡5-15小時，中間每1-2小時緩慢攪拌一次，取出；(6)將上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無菌保存，備用，即可得本發(fā)明生物活性人工牙根。
實施例2(1)首先選用Ti6Al4V合金加工好人工牙根；(2)人工牙根表面活化處理將人工牙根依次用丙酮、70％的酒精、蒸餾水超聲清洗后，采用濃度為30％的沸騰的H2O2水溶液處理，處理時間為90分鐘，取出沖洗后，再浸泡在溫度為60-70℃、濃度為8M的NaOH水溶液中24-36小時，取出蒸餾水沖洗，70℃干燥。
(3)磷酸鈣非晶底層仿生沉積處理將表面活化處理過的人工牙根浸入溫度為30℃仿生鈣化溶液A中，仿生鈣化溶液A按離子濃度計的有效成分含量為鈉離子610mM、鎂離子4.5mM、鈣離子12.5mM、氯離子610.0mM、磷酸氫根離子5.0mM、碳酸氫根離子18.0mM。仿生鈣化溶液A采用磁力攪拌器攪動，仿生沉積處理24-36小時后取出，蒸餾水超聲清洗，室溫干燥，人工牙根表面獲得厚度7.5-9.0μm、致密的磷酸鈣非晶層。
(4)類骨磷灰石晶相表面層仿生沉積處理將表面具有磷酸鈣非晶層的人工牙根浸入溫度為50℃仿生鈣化溶B中，仿生鈣化溶液B按離子濃度計的有效成分含量鈉離子120.0mM、鉀離子5.0mM、鎂離子3.5mM、鈣離子2.5mM、氯離子120.0mM、磷酸氫根離子1.0mM、碳酸氫根離子11.0mM、硫酸根離子0.5mM。仿生沉積處理72-144小時取出，蒸餾水超聲清洗，室溫干燥，人工牙根表面磷酸鈣非晶底層上進(jìn)一步沉積厚度為60-80μm、多孔的類骨磷灰石晶相表面層。
(5)將表面有多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層的人工牙根浸泡在骨形態(tài)發(fā)生蛋白和濃度為0.1mol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液中，骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度為0.1-50mg/L，20-40℃下浸泡5-15小時，中間每1-2小時緩慢攪拌一次，取出；(6)將上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無菌保存，備用，即可得本發(fā)明生物活性人工牙根。
實施例3(1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工牙根；(2)人工牙根表面活化處理將人工牙根依次用丙酮、70％的酒精、蒸餾水超聲清洗后，采用濃度為30％的沸騰的H2O2水溶液處理，處理時間為90分鐘，取出沖洗后，再浸泡在溫度為60-70℃、濃度為8M的NaOH水溶液中24-36小時，取出蒸餾水沖洗，70℃干燥。
(3)磷酸鈣非晶底層仿生沉積處理將表面活化處理過的人工牙根浸入溫度為30℃仿生鈣化溶液A中，仿生鈣化溶液A按離子濃度計的有效成分含量為鈉離子610mM、鎂離子4.5mM、鈣離子12.5mM、氯離子610.0mM、磷酸氫根離子5.0mM、碳酸氫根離子18.0mM。仿生鈣化溶液A采用磁力攪拌器攪動，仿生沉積處理24-36小時后取出，蒸餾水超聲清洗，室溫干燥，人工牙根表面獲得厚度7.5-9.0μm、致密的磷酸鈣非晶層。
(4)類骨磷灰石晶相表面層仿生沉積處理將表面具有磷酸鈣非晶層的人工牙根浸入溫度為50℃仿生鈣化溶B中，仿生鈣化溶液B按離子濃度計的有效成分含量鈉離子120.0mM、鉀離子5.0mM、鎂離子3.5mM、鈣離子2.5mM、氯離子120.0mM、磷酸氫根離子1.0mM、碳酸氫根離子11.0mM、硫酸根離子0.5mM。仿生沉積處理48-64小時取出，蒸餾水超聲清洗，室溫干燥，人工牙根表面磷酸鈣非晶底層上進(jìn)一步沉積厚度為40-50μm、多孔的類骨磷灰石晶相表面層。
(5)將表面有多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層的人工牙根浸泡在骨形態(tài)發(fā)生蛋白和濃度為0.1mol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液中，骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度為0.1-50mg/L，20-40℃下浸泡5-15小時，中間每1-2小時緩慢攪拌一次，取出；(6)將上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無菌保存，備用，即可得本發(fā)明生物活性人工牙根。
顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為了清楚說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，還可在上述說明的基礎(chǔ)上做出其它不同形式的變化或變動，這里無需也無法對所有實施方式予以窮舉，而這些屬于本發(fā)明的精神所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生物活性人工牙根，其特征在于，該生物活性人工牙根的組成是在金屬牙根基體表面設(shè)有一層具有雙層結(jié)構(gòu)的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層，在多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層的表面還復(fù)合有骨形態(tài)發(fā)生蛋白，所述及的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層由與金屬基體接觸的磷酸鈣非晶底層和類骨磷灰石晶相表面層組成，其中，磷酸鈣非晶底層厚度為1-10μm；類骨磷灰石晶相表面層厚度為10-100μm。
2.一種如權(quán)利要求1所述的生物活性人工牙根的制備方法，其特征在于制備的方法為1)首先選用純鈦或鈦合金加工好人工牙根；2)把人工牙根進(jìn)行表面活化處理，然后通過兩步仿生沉積處理，在人工牙根表面獲得由致密磷酸鈣非晶底層和多孔類骨磷灰石晶相表面層依次組成的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層；3)將表面有多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層的人工牙根浸泡在骨形態(tài)發(fā)生蛋白和磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液中，骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度為0.1-50mg/L，20-40℃下浸泡5-15小時，中間每1-2小時緩慢攪拌一次，取出，即可得本發(fā)明生物活性人工牙根。
3.如權(quán)利要求2所述的生物活性人工牙根的制備方法，其特征在于表面活化處理采用濃度為10-60％的沸騰的H2O2水溶液，處理時間為10-90分鐘，取出沖洗后，再浸泡在溫度為30-80℃、濃度為1-10M的NaOH水溶液中6-48小時。
4.如權(quán)利要求2所述的生物活性人工牙根的制備方法，其特征在于兩步仿生沉積處理包括如下步驟1)制備仿生鈣化溶液A仿生鈣化溶液A按離子濃度計的有效成分含量鈉離子500-850mM、鎂離子4.5-6.0mM、鈣離子10.0-13.5mM、氯離子500-800mM、磷酸氫根離子4.0-6.0mM、碳酸氫根離子15.0-30.0mM；2)制備仿生鈣化溶液B仿生鈣化溶液B按離子濃度計的有效成分含量鈉離子100.0-180.0mM、鉀離子4.0-5.5mM、鎂離子3.0-4.5mM、鈣離子2.0-3.5mM、氯離子80.0-150.0mM、磷酸氫根離子0.5-1.5mM、碳酸氫根離子6.5-12.0mM、硫酸根離子0.5-1.0mM；3)磷酸鈣非晶底層仿生沉積處理將表面活化處理過的人工牙根浸入溫度為10-30℃仿生鈣化溶液A中，在攪拌條件下，仿生沉積處理12-36小時后取出，清洗，干燥，人工牙根材料表面獲得厚度1-10μm的磷酸鈣非晶層；4)類骨磷灰石晶相表面層仿生沉積處理將表面具有磷酸鈣非晶層的人工牙根材料浸入溫度為30-50℃仿生鈣化溶液B中，仿生沉積處理12-144小時取出，清洗，干燥，人工牙根材料表面磷酸鈣非晶層上進(jìn)一步沉積厚度為10-100μm、多孔的類骨磷灰石晶相層。
全文摘要
生物活性人工牙根及其制備方法涉及一種表面具有仿生法制備的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)的人工牙根材料及其制備方法，該材料的組成是在金屬牙根基體表面設(shè)有一層具有雙層結(jié)構(gòu)的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層，在多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層的表面還復(fù)合有骨形態(tài)發(fā)生蛋白，制備的方法為選用純鈦或鈦合金加工好人工牙根；把人工牙根進(jìn)行表面活化處理，然后通過兩步仿生沉積處理，在人工牙根表面獲得由致密磷酸鈣非晶底層和多孔類骨磷灰石晶相表面層依次組成的多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層；將表面有多孔鈣磷生物活性陶瓷涂層的人工牙根浸泡在骨形態(tài)發(fā)生蛋白和磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液中。
文檔編號A61C13/00GK1557277SQ200410013918
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者儲成林, 浦躍樸, 林萍華, 薛小燕, 沈剛 申請人:東南大學(xué), 揚(yáng)州市亞華生物科技發(fā)展有限公司