專利名稱：用氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白的人工牙根的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白的人工牙根，特別是涉及一 種表面具有經(jīng)紫外光照射的二氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)的人工牙根及其 制備方法，屬于人工牙根材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人工種植牙在國(guó)際上被認(rèn)為是牙齒缺失的首選修復(fù)手段，它在功能、形態(tài)、使用效 果等方面與真牙類(lèi)似，可以稱之為"仿真牙"。種植牙由人工牙根和烤瓷牙冠組成，純鈦以及 它的合金廣泛用于牙科植入體人工牙根的制造。然而，普通的二氧化鈦層沒(méi)有足夠的活性 與骨直接形成聯(lián)系，有時(shí)候轉(zhuǎn)化為缺乏骨整合使得長(zhǎng)期植入失敗。植入體表面形貌和化學(xué) 特征改性被證明是一種提高骨整合的有效手段，是一種可確保骨接觸式植入體穩(wěn)定性的可 靠途徑。 骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)是一類(lèi)多功能生長(zhǎng)因子，能 夠在體內(nèi)誘導(dǎo)骨和軟骨形成，并在肢體生長(zhǎng)、軟骨內(nèi)骨化、骨折早期、軟骨修復(fù)時(shí)表達(dá)，對(duì)骨 骼的胚胎發(fā)育和再生修復(fù)起重要作用。骨形態(tài)發(fā)生蛋白免疫原性低， 一般不引起免疫排斥 反應(yīng)，只有輕微的剌激性，這為牙根軟骨修復(fù)提供了一個(gè)良好前景。但BMP擴(kuò)散能力強(qiáng)，BMP 單獨(dú)植入很快被組織液沖洗掉和被組織酶類(lèi)降解，難以在靶細(xì)胞周?chē)S持濃度而不能充分 發(fā)揮作用。用載體將BMP緩釋于目標(biāo)位置，是一條方便而有效的用藥途徑。理想的BMP載 體材料應(yīng)具有下列特點(diǎn)(l)能承載BMP并保持其活性；(2)具有良好的生物相同性，能保 持釋放的孔隙率，以利于成骨細(xì)胞爬行；(3)無(wú)細(xì)胞毒性，無(wú)免疫原性，有生物可降解性，與 BMP復(fù)合簡(jiǎn)便；(4)載體材料易于獲取、消毒和儲(chǔ)備。 二氧化鈦納米管具有良好的生物相容性，能促進(jìn)成骨細(xì)胞的粘附、生長(zhǎng)和增殖。在 紫外光照射下，納米二氧化鈦表面產(chǎn)生許多活性的羥基基團(tuán)，有利于改善親水性，進(jìn)而改善 細(xì)胞相容性。于是，引發(fā)本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種制備用氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白的人工牙 根的方法，通過(guò)兩步陽(yáng)極氧化法在金屬基體表面構(gòu)筑納米管狀結(jié)構(gòu)，在紫外光照射下改善 納米管狀結(jié)構(gòu)的親水性和細(xì)胞相容性，最后通過(guò)離心負(fù)載技術(shù)在納米管層內(nèi)負(fù)載骨形態(tài)發(fā) 生蛋白。制備出的二氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白層與基體結(jié)合強(qiáng)度好，制備工藝簡(jiǎn) 單，可操作性強(qiáng)。 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn) 在這種人工牙根材料金屬基體表面有一層經(jīng)紫外光照射的具有管狀結(jié)構(gòu)的二氧 化鈦納米管陣列層，其層內(nèi)進(jìn)一步負(fù)載有骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)。
具體制備的步驟如下 1)首先選用純鈦或鈦合金加工好人工牙根；
2)人工牙根表面預(yù)處理表面磨光后，依次用丙酮、去離子水和無(wú)水乙醇超聲洗 滌10-120分鐘，隨后用HF和HN03及水的混合溶液(體積比為1:4:5)化學(xué)拋光20-120 秒，再經(jīng)去離子水徹底沖洗后，吹干待用； 3)兩步陽(yáng)極氧化制備二氧化鈦納米管將表面預(yù)處理過(guò)的人工牙根作為陽(yáng)極，石 墨或鉑為陰極，在含水有機(jī)電解質(zhì)溶液中進(jìn)行第一次陽(yáng)極氧化，具體陽(yáng)極氧化參數(shù)為電壓 為20-240V，時(shí)間為12-200小時(shí)，兩極距離為3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽(yáng)極氧化 后，取出，在體積百分比為5-30vol^的鹽酸溶液中超聲清洗0. 5-3小時(shí)，取出吹干后，將人 工牙根在前述第一次陽(yáng)極氧化參數(shù)條件下再進(jìn)行第二次陽(yáng)極氧化，然后取出，用無(wú)水乙醇 超聲清洗10-30分鐘，再在體積百分比為5-30vol^的鹽酸溶液中浸泡0. 5-3小時(shí)后取出， 用無(wú)水乙醇和去離子水交替清洗6-10遍后，再在60-10(TC下干燥樣品，在人工牙根表面獲 得二氧化鈦納米管陣列層； 4)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中 用紫外光照射，改善親水與細(xì)胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射時(shí)間不少于10小 時(shí)； 5)最后采用離心負(fù)載技術(shù)在經(jīng)紫外光照射過(guò)的二氧化鈦納米管陣列層內(nèi)負(fù)載骨
形態(tài)發(fā)生蛋白，將表面覆蓋有經(jīng)紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置于離心
容器底部，再倒入骨形態(tài)發(fā)生蛋白和磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，液面淹過(guò)人工牙根
至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度為0. l-50mg L—、室溫下離心
(1500-80000Rpm)浸泡0. 5_10小時(shí)。取出，即可得本發(fā)明生物活性人工牙根。 本發(fā)明所述的含水有機(jī)電解質(zhì)溶液采用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水
0-10vol% (體積百分比)、磷酸2-10volX (體積百分比)、氟化銨0. l-0.9wt% (質(zhì)量百
分比)。 本發(fā)明方法制備的二氧化鈦納米管定向規(guī)則排列，二氧化鈦納米管在垂直于基體 方向產(chǎn)生，管徑達(dá)50-800nm，管長(zhǎng)為1-150 iim，比表面積大。 本發(fā)明制備的用氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白的人工牙根具有以下優(yōu)點(diǎn)和 有益效果 ①二氧化鈦納米管本身具有良好的生物相容性，將二氧化鈦納米管陣列用紫外光 進(jìn)行照射，在其表面將產(chǎn)生許多活性的羥基基團(tuán)，有利于改善親水性，進(jìn)而改善細(xì)胞相容 性。 ②與普通的二氧化鈦層相比，二氧化鈦納米管陣列呈定向多孔狀，比表面積較高， 有利于骨形態(tài)發(fā)生蛋白的負(fù)載以及對(duì)骨形態(tài)發(fā)生蛋白的控釋。 ③陽(yáng)極氧化形成的二氧化鈦納米管陣列層是基體原位生成的，與基體的結(jié)合力很 好。骨形態(tài)發(fā)生蛋白有很好的誘導(dǎo)成骨效應(yīng)，可在短時(shí)間與骨組織形成牢固的生理結(jié)合。因 此，有望增加人工牙根穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明具體制備過(guò)程圖。 圖2是本發(fā)明人工牙根表面具 管狀結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米管陣列層形態(tài)的掃描 電鏡(SEM)照片。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 (1)首先選用純鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面預(yù)處理表面磨光后，依次用丙酮、去離子水和無(wú)水乙醇超聲洗 滌10-30分鐘，隨后用HF和HN03及水的混合溶液(體積比為1:4:5)化學(xué)拋光20-40 秒，再經(jīng)去離子水徹底沖洗后，電吹風(fēng)吹干待用； (3)配制含水有機(jī)電解質(zhì)溶液采用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水2volX (體積百分比)、磷酸4volX (體積百分比)、氟化銨0.3wt^ (質(zhì)量百分比)；
(4)兩步陽(yáng)極氧化制備二氧化鈦納米管將表面預(yù)處理過(guò)的人工牙根作為陽(yáng)極， 石墨或鉑片為陰極，在含水有機(jī)電解質(zhì)溶液中進(jìn)行第一次陽(yáng)極氧化，具體陽(yáng)極氧化參數(shù)為 電壓為60V，陽(yáng)極氧化時(shí)間為18小時(shí)，兩極距離為3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽(yáng)極氧 化后，取出，在體積百分比為10vol^的鹽酸溶液中超聲清洗0. 5-3小時(shí)，取出吹干后，將人 工牙根在前述第一次陽(yáng)極氧化參數(shù)條件下再進(jìn)行第二次陽(yáng)極氧化，然后取出，用無(wú)水乙醇 超聲清洗10-30分鐘，再在體積百分比為10vol^的鹽酸溶液中浸泡0. 5-3小時(shí)后取出，用 無(wú)水乙醇和去離子水交替清洗6-10遍后，再在60-10(TC下干燥樣品，在人工牙根表面獲得 二氧化鈦納米管陣列層； (5)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中 用紫外光照射，改善親水與細(xì)胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射15小時(shí)；
(6)最后采用離心負(fù)載技術(shù)在經(jīng)紫外光照射過(guò)的二氧化鈦納米管陣列層內(nèi)負(fù)載骨 形態(tài)發(fā)生蛋白，將表面覆蓋有經(jīng)紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置于離心 容器底部，再倒入骨形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，液面淹 過(guò)人工牙根至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度為0. l-50mg L一1， 室溫下離心(5000Rpm)浸泡0. 5-10小時(shí)，取出，即可得本發(fā)明人工牙根。
實(shí)施例2 (1)首先選用鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面預(yù)處理表面磨光后，依次用丙酮、去離子水和無(wú)水乙醇超聲洗 滌30-60分鐘，隨后用HF和HN03及水的混合溶液(體積比為1 : 4 : 5)化學(xué)拋光40-60 秒，再經(jīng)去離子水徹底沖洗后，電吹風(fēng)吹干待用； (3)配制含水有機(jī)電解質(zhì)溶液采用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水2volX (體積百分比)、磷酸4volX (體積百分比)、氟化銨0.5wt^ (質(zhì)量百分比)；
(4)兩步陽(yáng)極氧化制備二氧化鈦納米管將表面預(yù)處理過(guò)的人工牙根作為陽(yáng)極， 石墨為陰極，在含水有機(jī)電解質(zhì)溶液中進(jìn)行第一次陽(yáng)極氧化，具體陽(yáng)極氧化參數(shù)為電壓為 80V，時(shí)間為18小時(shí)，兩極距離為3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽(yáng)極氧化后，取出，在體 積百分比為10vol^的鹽酸溶液中超聲清洗0. 5-3小時(shí)，取出吹干后，將人工牙根在前述第 一次陽(yáng)極氧化參數(shù)條件下再進(jìn)行第二次陽(yáng)極氧化，然后取出，用無(wú)水乙醇超聲清洗10-30 分鐘，再在體積百分比為10vol^的鹽酸溶液中浸泡0. 5-3小時(shí)后取出，用無(wú)水乙醇和去離 子水交替清洗6-10遍后，再在60-10(TC下干燥樣品，在人工牙根表面獲得二氧化鈦納米管 陣列層，其SEM照片見(jiàn)圖2;
(5)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中 用紫外光照射，改善親水與細(xì)胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射30小時(shí)；
(6)最后采用離心負(fù)載技術(shù)在經(jīng)紫外光照射過(guò)的二氧化鈦納米管陣列層內(nèi)負(fù)載骨 形態(tài)發(fā)生蛋白，將表面覆蓋有經(jīng)紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置于離心 容器底部，再倒入骨形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，液面淹 過(guò)人工牙根至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度為0. l-50mg L一1， 室溫下離心(2000Rpm)浸泡0. 5-10小時(shí)，取出，即可得本發(fā)明人工牙根。
實(shí)施例3 (1)首先選用純鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面預(yù)處理表面磨光后，依次用丙酮、去離子水和無(wú)水乙醇超聲洗 滌60-90分鐘，隨后用HF和HN03及水的混合溶液(體積比為1 : 4 : 5)化學(xué)拋光60-80 秒，再經(jīng)去離子水徹底沖洗后，電吹風(fēng)吹干待用； (3)配制含水有機(jī)電解質(zhì)溶液采用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水4volX (體積百分比)、磷酸6volX (體積百分比)、氟化銨0.5wt^ (質(zhì)量百分比)；
(4)兩步陽(yáng)極氧化制備二氧化鈦納米管將表面預(yù)處理過(guò)的人工牙根作為陽(yáng)極， 石墨或鉑片為陰極，在含水有機(jī)電解質(zhì)溶液中進(jìn)行第一次陽(yáng)極氧化，具體陽(yáng)極氧化參數(shù)為 電壓為40V，時(shí)間為24小時(shí)，兩極距離為3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽(yáng)極氧化后，取 出，在體積百分比為20vol %的鹽酸溶液中超聲清洗0. 5-3小時(shí)，取出吹干后，將人工牙根 在前述第一次陽(yáng)極氧化參數(shù)條件下再進(jìn)行第二次陽(yáng)極氧化，然后取出，用無(wú)水乙醇超聲清 洗10-30分鐘，再在體積百分比為20vol^的鹽酸溶液中浸泡0. 5-3小時(shí)后取出，用無(wú)水乙 醇和去離子水交替清洗6-10遍后，再在60-10(TC下干燥樣品，在人工牙根表面獲得二氧化 鈦納米管陣列層； (5)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中 用紫外光照射，改善親水與細(xì)胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射時(shí)間不少于10小 時(shí)； (6)最后采用離心負(fù)載技術(shù)在經(jīng)紫外光照射過(guò)的二氧化鈦納米管陣列層內(nèi)負(fù)載骨 形態(tài)發(fā)生蛋白，將表面覆蓋有經(jīng)紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置于離心 容器底部，再倒入骨形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，液面淹 過(guò)人工牙根至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度為0. l-50mg L一1， 室溫下離心(10000Rpm)浸泡0. 5-10小時(shí)，取出，即可得本發(fā)明人工牙根。
實(shí)施例4 (D首先選用純鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面預(yù)處理表面磨光后，依次用丙酮、去離子水和無(wú)水乙醇超聲洗 滌90-120分鐘，隨后用HF和麗03及水的混合溶液(體積比為1 : 4 : 5)化學(xué)拋光80-120 秒，再經(jīng)去離子水徹底沖洗后，電吹風(fēng)吹干待用； (3)配制含水有機(jī)電解質(zhì)溶液采用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水2volX (體積百分比)、磷酸5volX (體積百分比)、氟化銨0.5wt^ (質(zhì)量百分比)；
(4)兩步陽(yáng)極氧化制備二氧化鈦納米管將表面預(yù)處理過(guò)的人工牙根作為陽(yáng)極， 石墨或鉑片為陰極，在含水有機(jī)電解質(zhì)溶液中進(jìn)行第一次陽(yáng)極氧化，具體陽(yáng)極氧化參數(shù)為
6電壓為80V，時(shí)間為12小時(shí)，兩極距離為3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽(yáng)極氧化后，取 出，在體積百分比為20vol %的鹽酸溶液中超聲清洗0. 5-3小時(shí)，取出吹干后，將人工牙根 在前述第一次陽(yáng)極氧化參數(shù)條件下再進(jìn)行第二次陽(yáng)極氧化，然后取出，用無(wú)水乙醇超聲清 洗10-30分鐘，再在體積百分比為20vol^的鹽酸溶液中浸泡0. 5-3小時(shí)后取出，用無(wú)水乙 醇和去離子水交替清洗6-10遍后，再在60-10(TC下干燥樣品，在人工牙根表面獲得二氧化 鈦納米管陣列層； (5)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中 用紫外光照射，改善親水與細(xì)胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射時(shí)間不少于10小 時(shí)； (6)最后采用離心負(fù)載技術(shù)在經(jīng)紫外光照射過(guò)的二氧化鈦納米管陣列層內(nèi)負(fù)載骨 形態(tài)發(fā)生蛋白，將表面覆蓋有經(jīng)紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置于離心 容器底部，再倒入骨形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，液面淹 過(guò)人工牙根至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度為0. l-50mg L一1， 室溫下離心(1500-80000Rpm)浸泡0. 5_10小時(shí)，取出，即可得本發(fā)明人工牙根。
權(quán)利要求
一種用氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白的人工牙根，其特征在于所述的用氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白的人工牙根選用純鈦或鈦合金加工，然后采用兩步陽(yáng)極氧化技術(shù)在純鈦或鈦合金人工牙根表面獲得具有管狀結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米管陣列層，再將二氧化鈦納米管陣列層進(jìn)行紫外光照射，最后采用離心負(fù)載技術(shù)在經(jīng)紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層內(nèi)負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白，所述及的用氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白的人工牙根的制備方法按如下步驟進(jìn)行1)首先選用純鈦或鈦合金加工好人工牙根；2)人工牙根表面預(yù)處理表面磨光后，依次用丙酮、去離子水和無(wú)水乙醇超聲洗滌10-120分鐘，隨后用HF和HNO3及水的混合溶液(體積比為1∶4∶5)化學(xué)拋光20-120秒，再經(jīng)去離子水徹底沖洗后，吹干待用；3)兩步陽(yáng)極氧化制備二氧化鈦納米管將表面預(yù)處理過(guò)的人工牙根作為陽(yáng)極，石墨或鉑為陰極，在含水有機(jī)電解質(zhì)溶液中進(jìn)行第一次陽(yáng)極氧化，具體陽(yáng)極氧化參數(shù)為電壓20-240V，反應(yīng)時(shí)間12-200小時(shí)，兩極距離3-10cm，溫度保持為室溫。第一次陽(yáng)極氧化后，取出，在體積百分比為5-30vol％的鹽酸溶液中超聲清洗0.5-3小時(shí)，取出吹干后，將人工牙根在前述第一次陽(yáng)極氧化參數(shù)條件下再進(jìn)行第二次陽(yáng)極氧化，然后取出，用無(wú)水乙醇超聲清洗10-30分鐘，再在體積百分比為5-30vol％的鹽酸溶液中浸泡0.5-3小時(shí)后取出，用無(wú)水乙醇和去離子水交替清洗6-10遍后，再在60-100℃下干燥樣品，在人工牙根表面獲得二氧化鈦納米管陣列層；4)將上述表面覆蓋二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根在去離子水中或在大氣中用紫外光照射，改善親水與細(xì)胞相容性。使用的紫外燈為高壓汞燈，照射時(shí)間不少于10小時(shí)；5)最后采用離心負(fù)載技術(shù)在經(jīng)紫外光照射過(guò)的二氧化鈦納米管陣列層內(nèi)負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白，將表面覆蓋有經(jīng)紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層的人工牙根置于離心容器底部，再倒入骨形態(tài)發(fā)生蛋白和磷酸緩沖鹽溶液組成的混合溶液，液面淹過(guò)人工牙根至離心容器的一半或三分之二的高度，骨形態(tài)發(fā)生蛋白濃度為0.1-50mg·L-1，室溫下離心(1500-80000Rpm)浸泡0.5-10小時(shí)，取出，即可得本發(fā)明生物活性人工牙根。
2. 如權(quán)利要求1所述的用氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白的人工牙根的制備方法， 其特征在于含水有機(jī)電解質(zhì)溶液采用乙二醇為溶劑，其它有效成分為水0-10volX (體積 百分比)、磷酸2-10volX (體積百分比)、氟化銨0. l-0.9wt% (質(zhì)量百分比)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白的人工牙根及其制備方法，在這種人工牙根金屬基體表面有一層經(jīng)紫外光照射過(guò)的管狀結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米管陣列層，其層內(nèi)進(jìn)一步負(fù)載有骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)。所述的用氧化鈦納米管負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白的人工牙根制備方法為選用純鈦或鈦合金加工人工牙根，然后采用兩步陽(yáng)極氧化技術(shù)在純鈦或鈦合金人工牙根表面獲得具有管狀結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米管陣列層，再將二氧化鈦納米管陣列層進(jìn)行紫外光照射，最后采用離心負(fù)載技術(shù)在經(jīng)紫外光照射的二氧化鈦納米管陣列層內(nèi)負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白。
文檔編號(hào)A61K6/04GK101766539SQ20091026476
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者儲(chǔ)成林, 盛曉波 申請(qǐng)人:東南大學(xué)