經(jīng)表面處理的人工骨材及其表面處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種人工骨材的表面處理方法，其包括以下的步驟：首先，提供一人工骨材。對人工骨材進(jìn)行噴砂處理，接著使用第一酸液對人工骨材進(jìn)行第一次酸腐蝕處理，之后使用第二酸液對人工骨材進(jìn)行第二次酸腐蝕處理。其中，第一酸液及第二酸液分別為兩種酸性液體，以使得人工骨材的表面形成多個(gè)微孔洞。本發(fā)明亦提供一種經(jīng)表面處理的人工骨材。
【專利說明】經(jīng)表面處理的人工骨材及其表面處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種人工骨材及其處理方法，特別是涉及一種經(jīng)表面處理的人工骨材及其表面處理方法，且此方法具有適合量產(chǎn)的特點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今牙科治療領(lǐng)域?qū)τ谘例X缺損的治療，除了以傳統(tǒng)的“固定贗復(fù)”或是以“活動(dòng)假牙”進(jìn)行治療外，“牙植體(Dental Implant) ”已逐漸普及成為牙科治療的主流選項(xiàng)之一。
[0003]回顧過去，于1969年Branemark發(fā)表了有關(guān)鈦合金“牙植體”的研究結(jié)果，開啟了“牙植體”的新紀(jì)年。而于1972年P(guān)redecki等人實(shí)驗(yàn)觀察到，一個(gè)不規(guī)則的“牙植體”表面，可促使骨骼生長較快并具有好的機(jī)械嵌合接著力。于1976年Schroeder等人首度在組織切片觀察到骨頭和“牙植體”直接接觸的情形。且于1992年Bower等人亦進(jìn)行了組織學(xué)的研究，證實(shí)了這些骨頭和“牙植體”直接接觸下的結(jié)果，故有些學(xué)者稱此種現(xiàn)象為“骨整合(Osseointegrat1n)”。
[0004]植牙手術(shù)的成功與否，受到許多因素影響，諸如:骨質(zhì)、骨量、植體幾何形狀與表面性質(zhì)等等。然而姑且不論手術(shù)條件及技術(shù)因素，在植體骨愈合過程中，“牙植體”在骨槽中的骨整合及承受咀嚼力負(fù)荷下的穩(wěn)固度相當(dāng)重要。而其中鈦合金“牙植體”具有骨整合的生物相容性，而植體表面的紋理(Texture)、潔凈、電化學(xué)等特性，更關(guān)系著牙床早期骨整合與穩(wěn)定程度的良莠。有不少研究關(guān)于“牙植體”表面結(jié)構(gòu)與處理的方法，期待進(jìn)一步提升植牙早期骨愈合和穩(wěn)固性。 然而“牙植體”植入人體后，如何快速有效形成骨整合的最佳表面孔徑及粗糙度，以獲的較佳之的初期與愈后長期穩(wěn)固度，至今仍尚未獲的明確結(jié)論，追求“牙植體”各種表面改性方式與工藝參數(shù)，更是近年來仍致力研究的主題。
[0005]許多文獻(xiàn)記載了 “牙植體”表面特性對于不同細(xì)胞行為的影響。例如對于植體表面不進(jìn)行處理，即所謂的切削加工面，如Nobel B1care的Branemark System(該公司另有氧化鈦表面處理技術(shù)的TiUnite產(chǎn)品)。而依據(jù)世界各國廠牌的資料顯示，有許多“牙植體”系統(tǒng)進(jìn)行不同的表面處理方式，或因?qū)＠拗贫仨毣乇苡谝话闼熘谋砻嫣幚?，轉(zhuǎn)而賦予不同名稱，如ACE公司的RBM(Resorbable blast material)方法，Anthogyr公司的 BCP (Biphasic calcium phosphate)方法，B1Horizons 的 RBT (Resorbable blasttexturing)方法，Spline公司的SBM(Soluble blast medium)方法等，皆都是以氫氧基磷灰石(Hydroxylapatite, HA),或是憐酸鈣(Tricalcium phosphate, TCP)作為表面噴砂的加工介質(zhì)。而一般有關(guān)“牙植體”的表面改性，目前則以Straumann公司的SLA技術(shù)，以及Nobel B1care公司的TiUnite表面氧化方法為當(dāng)前主流的表面處理方式。
[0006]大致而言，在傳統(tǒng)上增加表面積、提供曲折宏觀外形及粗化植體表面的處理方式，主要可分為以下兩種類別:
[0007]一種是在“牙植體”的表面添加涂層，這些方式包括:HA等離子體噴涂處理，如Ster1-oss System, Integral System, Paragon System 等方式。而亦利用鈦等離子體噴涂(TPS)處理,如早期Straumann TPS, Ster1-oss System等方式。此外還有利用陽極電化學(xué)鍍膜涂層的方式，如Nobel B1care公司的TiUnite方式，日本Kyocera公司的POI System方式。
[0008]另一種則是在“牙植體”表面進(jìn)行腐蝕處理，可增加表面積并改變微觀紋理或粗化，這些表面處理方式包括噴砂處理(Sandblasting)JnAnkylos System方法；酸蝕處理(Acid Etching),如 B1met3i System 方法；噴砂后酸蝕(Sandblasted Large-gritAcid-etching SLA),如 Stranmann SLA方法；噴砂酸蝕后親水處理,如 Stranmann SLActive方法；以可吸收顆粒物質(zhì)的噴蝕處理(Resorbable (Soluble) Blast Medium, RBM)，如B1horizon System 方法，以及 Osstem RBM 方法等。
[0009]而從文獻(xiàn)的分析顯示，在不同表面處理的改性(包括切削加工、噴砂、氫氧基磷灰石涂層、等離子體噴涂鈦、酸蝕、表面氧化、可吸收顆粒物質(zhì)的噴蝕處理和噴砂后酸蝕SLA)情況下，盡管以可吸收顆粒物質(zhì)的噴蝕處理方法，以及氫氧基磷灰石涂層與噴砂酸蝕方法，對于“牙植體”界面骨整合具有較佳的接合率，然而提供一極致粗糙的表面形貌環(huán)境，使人體成骨組織深入結(jié)合，為骨整合成效的首要關(guān)系因素。
[0010]故為了能產(chǎn)生 更佳的人工醫(yī)療器材以供醫(yī)療所需，需要研發(fā)新式“牙植體”的表面處理技術(shù)，借以提升其植體表面粗糙度及骨整合接合率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供一種經(jīng)表面處理的人工骨材及其表面處理方法，其可針對人工骨材的表面進(jìn)行處理，以增加人工骨材的表面積，進(jìn)而可提高人工骨材整體的骨整合接合率。
[0012]本發(fā)明提供一種人工骨材的表面處理方法，其包括以下的步驟:首先提供一人工骨材，對該人工骨材進(jìn)行噴砂處理，接著使用第一酸液對該人工骨材進(jìn)行第一次酸腐蝕處理，之后使用第二酸液對該人工骨材進(jìn)行第二次酸腐蝕處理。其中，該第一酸液及該第二酸液分別為兩種酸性液體，以使得該人工骨材的表面形成多個(gè)微孔洞。以光學(xué)式三維表面粗糙度量測儀進(jìn)行量測該人工骨材的表面，其具有3至7微米及納米級的多孔性復(fù)合結(jié)構(gòu)，亦即人工骨材的表面具有多個(gè)微孔洞，且其最大高度粗糙度(Rt)值大于30 μ m，中心線平均粗糙度(Rs)值約3-10 μ m，因此人工骨材的表面積能夠有效增加。
[0013]本發(fā)明還提供一種經(jīng)表面處理的人工骨材，其包括一固定段及一植入段。固定段的表面分布細(xì)螺紋，植入段從固定段的一端延伸而出，植入段的外環(huán)面上設(shè)有螺旋分布的螺牙，該人工骨材的表面具有多個(gè)微孔洞。
[0014]綜上所述，由于采用兩種獨(dú)立的酸性液體，可避免在使用酸液或配制酸液時(shí)產(chǎn)生的劇烈反應(yīng)以減少風(fēng)險(xiǎn)，并且未反應(yīng)時(shí)其化學(xué)性可維持較長時(shí)間，因此適合量產(chǎn)使用。人工骨材表面產(chǎn)生多個(gè)微米級及納米級的微孔洞，可使得人工骨材表面積增加，植入人體后可讓大量的人體成骨細(xì)胞貼附并生長進(jìn)入微孔洞，以利人體成骨細(xì)胞與植體間骨整合速度及穩(wěn)定性增加，進(jìn)而減少術(shù)后人工骨材松落的風(fēng)險(xiǎn)并縮短療程，提升骨整合的效果。
[0015]為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制者。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的人工骨材的表面處理方法的流程圖。[0017]圖2為本發(fā)明的經(jīng)表面處理的人工骨材的立體示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的經(jīng)表面處理的人工骨材的細(xì)部放大示意圖。
[0019]圖4A為經(jīng)過實(shí)施例1的表面處理得到的人工骨材表面5K倍SEM圖。
[0020]圖4B為經(jīng)過實(shí)施例1的表面處理得到的人工骨材表面1K倍SEM圖。
[0021]圖4C為經(jīng)過比較例I的表面處理得到的人工骨材表面1K倍SEM圖。
[0022]圖4D為經(jīng)過實(shí)施例1的表面處理得到的人工骨材表面30K倍SEM圖。
[0023]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0024]I 人工骨材
[0025]100微孔洞
[0026]12植入段
[0027]121 螺牙
[0028]14固定段
【具體實(shí)施方式】 [0029]本發(fā)明提供一種人工骨材的表面處理方法，請參考圖1所示，圖1為本發(fā)明人工骨材的表面處理方法的流程圖，其包括以下步驟:
[0030]首先，如步驟S102所述，提供人工骨材，其中人工骨材的材質(zhì)可以為純鈦、鈦合金或任何一種含鈦元素的金屬，而這些金屬植入物與空氣接觸后，其表面通常都具有一氧化層，此氧化層主要為二氧化鈦層(T12)。
[0031]接著,如步驟S104所述,對人工骨材進(jìn)行噴砂處理,通常噴砂(sandblast)又稱珠擊法(shot peening),系利用硬質(zhì)砂粒通過外在的動(dòng)力，將砂粒以高速噴出至待處理物上，使其表面產(chǎn)生特定的咬花表面、去除污潰和氧化物、消除傷痕并清潔表面。噴砂的機(jī)制可分為干式與濕式兩種，一般來說濕式較適合粒徑約15微米(μ m)以下的噴砂粒徑。噴砂所使用的物質(zhì)一般有鋼珠系、不銹鋼系、氧化鋁系、亞鉛系、銅、鐵砂、鋁合金、碳化硅素、鐵珠、玻璃珠、樹脂系、硅砂，其他如陶瓷、碳酸鈣、碳酸氫鈉、硬植物果實(shí)碎片等。因大小粒徑有所不同，不同大小噴砂物與所處理的效果不同。一般可以將噴砂處理方法分為離心式、虹吸式及加壓式方法等，然而噴砂處理方法的種類不以上述為限。
[0032]之后，如步驟S106所述，使用第一酸液對人工骨材進(jìn)行第一次酸腐蝕處理。酸處理可去除鈦金屬材料表面氧化層及污染物，以獲得干凈與均勻的表面，且可同時(shí)提高其粗糙度，形成極微小的微孔洞以利于成骨細(xì)胞的生長。此外，酸腐蝕(Acid-Etching)亦可作為噴砂后，大區(qū)域表面的粗糙度區(qū)域中，更細(xì)微粗糙度區(qū)域形成的功用，亦可作為用于成骨細(xì)胞依附的表面。因而，第一酸液的選用系為對于鈦或鈦合金有腐蝕能力的強(qiáng)酸，例如可為:氫氟酸(HF)、鹽酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)及硝酸(HNO3)等，亦或是選用上述兩種以上的強(qiáng)酸以不同比例混合而成的酸性溶液，作為本發(fā)明的第一酸液。
[0033]在一種實(shí)施方式中，第一次酸腐蝕處理是使用硫酸溶液，將人工骨材浸泡于硫酸溶液中，其中人工骨材可以是完全浸泡或局部浸泡于上述硫酸溶液中，以使得人工骨材表面形成微米級及納米級的微孔洞。而有關(guān)于第一次酸腐蝕處理的工藝參數(shù)，其處理溫度范圍可介于100至130°C之間，時(shí)間范圍可介于5分鐘至24小時(shí)之間，然而優(yōu)選的實(shí)施方式，人工骨材于硫酸溶液中的時(shí)間為5至15分鐘之間。接著，將人工骨材進(jìn)行洗滌的程序，其中洗滌程序可以采用超聲波震蕩機(jī)進(jìn)行，并采用純水與酒精作為介質(zhì)進(jìn)行清洗并濕潤。
[0034]接下來，如步驟S108所述，使用第二酸液對人工骨材進(jìn)行第二次酸腐蝕處理。第二酸液的選用為對于鈦或鈦合金有腐蝕能力的強(qiáng)酸，例如可為:氫氟酸(HF)、鹽酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)及硝酸(HNO3)等，亦或是選用上述兩種以上的強(qiáng)酸以不同比例混合而成的酸性溶液，做為本發(fā)明的第二酸液。其中，在第一酸液與第二酸液的使用上，會(huì)選用兩種不同的酸性溶液。
[0035]在一種實(shí)施方式中，第二次酸腐蝕處理是使用鹽酸溶液，是將經(jīng)過硫酸腐蝕并洗滌過的人工骨材，浸泡于鹽酸溶液中，其中人工骨材可以是完全浸泡或局部浸泡于上述鹽酸溶液，以于人工骨材表面形成微米級及納米級的微孔洞。而有關(guān)于第二次酸腐蝕處理的工藝參數(shù)，其處理溫度范圍可介于70至100°C之間，時(shí)間范圍可介于5分鐘至48小時(shí)之間，然而優(yōu)選的實(shí)施方式，人工骨材于鹽酸溶液中的時(shí)間為5至15分鐘之間。接著，將人工骨材進(jìn)行洗滌的程序，其中洗滌程序可以采用超聲波震蕩機(jī)進(jìn)行，并采用純水與酒精作為介質(zhì)進(jìn)行清洗并濕潤。其中需特別說明的是經(jīng)過第一次及第二次酸腐蝕處理，之后所產(chǎn)生的微米級及納米級的微孔洞，其大小分別為大于Iym及15nm，與人工骨材經(jīng)酸腐蝕處理前的表面形貌有明顯差別。
[0036]如圖2所示，本發(fā)明還提供一種經(jīng)表面處理的人工骨材1，其包括一固定段14及一植入段12。固定段14的表面分布細(xì)螺紋，植入段12從固定段14的一端延伸而出，植入段12的外環(huán)面上設(shè)有螺旋分布的螺牙121，螺牙121的斷面外形為呈現(xiàn)具有斜度的階梯形。植入段12的外徑自后端處朝前段處呈現(xiàn)漸縮，以減少手術(shù)鉆入骨中時(shí)產(chǎn)生的阻力，而前端的端緣則加工成為一圓弧的形狀。其中，如圖3所示，將細(xì)部的結(jié)構(gòu)放大來看，植入段的表面及固定段的表面具有多個(gè)微孔洞100，亦即人工骨材I的表面具有多個(gè)微孔洞100。其中，以光學(xué)式三維表面粗糙度測量儀檢測人工骨材I的表面粗糙度的數(shù)值，中心線平均粗糙度(Ra)約為3~7微米，最大高 度粗糙度值(Rt)大于30微米，輪廓平均粗糙度值(Rs)約為3~10微米。
[0037]實(shí)施例
[0038]下列實(shí)施例將更具體地說明本發(fā)明。
[0039]實(shí)施例1
[0040]首先，將人工骨材進(jìn)行噴砂處理，之后，將該人工骨材浸泡于溫度100至120°C的第一酸液硫酸(濃度為95至99%)中5分鐘至60分鐘，接著采用超聲波震蕩機(jī)，以純水與酒精作為介質(zhì)對該人工骨材進(jìn)行清洗并潤濕，之后，將該人工骨材浸泡于溫度80至100°C的第二酸液鹽酸(濃度為36至40%)中5分鐘至60分鐘。接著采用超聲波震蕩機(jī)，以純水與酒精作為介質(zhì)對該人工骨材進(jìn)行清洗并潤濕，得到經(jīng)表面處理后的人工骨材。
[0041]以光學(xué)式三維表面粗糙度測量儀對實(shí)施例1所得到的人工骨材進(jìn)行表面粗糙度測量，結(jié)果如表1所示。以二維接觸式輪廓儀對實(shí)施例1所得到的人工骨材進(jìn)行表面粗糙度測量，結(jié)果如表2所示，Ra、Rt數(shù)值皆較光學(xué)式量測值小。
[0042]表1
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種人工骨材的表面處理方法，其特征在于，包括以下的步驟: 提供一人工骨材； 對該人工骨材進(jìn)行噴砂處理； 使用第一酸液對該人工骨材進(jìn)行第一次酸腐蝕處理；以及 使用第二酸液對該人工骨材進(jìn)行第二次酸腐蝕處理，以使得該人工骨材的表面形成多個(gè)微孔洞； 其中，該第一酸液及該第二酸液分別為兩種不同的酸性液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工骨材的表面處理方法，其特征在于，該人工骨材選自由鈦及鈦合金所組成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工骨材的表面處理方法，其特征在于，該噴砂處理為離心式方法、虹吸式方法及加壓式方法之中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工骨材的表面處理方法，其特征在于，該第一酸液選自由氫氟酸、鹽酸、硫酸、磷酸及硝酸所組成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工骨材的表面處理方法，其特征在于，該第二酸液選自由氫氟酸、鹽酸、硫酸、磷酸及硝酸所組成的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的人工骨材的表面處理方法，其特征在于，所述第一次酸腐蝕處理所使用的第一酸液為硫酸，處理溫度范圍介于100至130°C之間，時(shí)間范圍介于5至15分鐘之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工骨材的表面處理方法，其特征在于，所述第二次酸腐蝕處理所使用的第二酸液為鹽酸，處理溫度范圍介于70至100°C之間，時(shí)間范圍介于5至15分鐘之間。
8.一種經(jīng)表面處理的人工骨材，其特征在于，包括: 一固定段，其表面分布細(xì)螺紋；以及 一植入段，其從該固定段的一端延伸而出，該植入段的外環(huán)面上設(shè)有螺旋分布的螺牙； 其中，該人工骨材的表面具有多個(gè)微孔洞。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的經(jīng)表面處理的人工骨材，其特征在于，該人工骨材選自由鈦及鈦合金所組成的組。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的經(jīng)表面處理的人工骨材，其特征在于，該人工骨材的表面粗糙度的數(shù)值為，中心線平均粗糙度值(Ra)為3至7微米，最大高度粗糙度值(Rt)大于30微米，輪廓平均粗糙度值(Rs)為3至10微米。
【文檔編號(hào)】A61C13/08GK104027176SQ201310073620
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月7日
【發(fā)明者】洪國永, 馮慧平, 賴泓成 申請人:長庚醫(yī)療科技(廈門)有限公司, 長庚醫(yī)學(xué)科技股份有限公司