一種醫(yī)用鈦種植體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種醫(yī)用鈦種植體，其表面自內(nèi)向外依次具有微米球狀凸起層和納米結(jié)構(gòu)層，所述微米球狀凸起層中球狀凸起的直徑為0.1～100μm，所述納米結(jié)構(gòu)層為納米棒或納米點，納米棒直徑為10～50nm，長度為160～400nm，納米點直徑為20～200nm；上述醫(yī)用鈦種植體的制備方法如下：先采用激光3D打印技術(shù)獲得表面具有微米球狀凸起的鈦種植體；再經(jīng)過表面納米化處理，在鈦種植體的微米球狀凸起層上得到納米結(jié)構(gòu)層，清洗并消毒，獲得醫(yī)用鈦種植體。本發(fā)明的鈦種植體由復(fù)合梯度微納結(jié)構(gòu)組成，其表面形成類天然細胞外基質(zhì)的仿生三維生存空間，可促進成骨類細胞堿性磷酸酶的合成和含鈣礦物質(zhì)沉積，加速骨誘導(dǎo)作用，實現(xiàn)鈦種植體快速高效的骨整合作用。
【專利說明】一種醫(yī)用鈦種植體及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)用鈦種植體及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]自從瑞典生理學(xué)家布瑞馬克教授在20世紀60年代發(fā)現(xiàn)鈦金屬與兔子胚骨的牢固結(jié)合以來，鈦金屬因其良好的力學(xué)性能，生物相容性及耐腐蝕性能等優(yōu)點，被廣泛用于骨科及口腔外科，尤其作為牙種植體有巨大的市場需求(T.R.Rautray, R.Narayanan and K.H.Kim.1on implant of tiatanium based b1materials[J].Progress in MaterialsScience, 2011，56 (8): 1137-1177.)。隨著臨床應(yīng)用的日益廣泛，如何通過對鈦金屬表面進行合適的改性，有利于細胞組織，尤其是成骨樣細胞在其表面的附著生長，從而促進骨整合效率，是當前提高鈦種植體臨床應(yīng)用效率的研究熱點。有研究表明，光滑的鈦種植體表面不利于刺激成骨細胞的生物活性。因為由機械加工形成的鈦種植表面的淺溝嵴結(jié)構(gòu)雖然有一定的引導(dǎo)細胞定向黏附以及生長的作用。但這種引導(dǎo)作用仍然較弱，同時細胞仍只是感受到光滑的表面，表現(xiàn)出纖維細胞的生物學(xué)行為，最終與種植體形成纖維骨性結(jié)合，造成種植失敗。因此，為了刺激成骨細胞的表達，形成骨性結(jié)合界面，應(yīng)該構(gòu)建能被細胞感知的粗糙表面微結(jié)構(gòu)。有研究表明，粗糙的鈦種植體表面具有更大的潤濕性，可增加其與骨組織之間更大的接觸面積，形成種植體與骨組織之間更強的機械螯合作用；粗糙表面對骨組織-種植體界面上血管的形成和對成骨細胞的遷移、代謝和功能表達均具有促進作用(張靜超，莫安春，等.鈦金屬表面微結(jié)構(gòu)對成骨細胞影響的研究進展[J].國際口腔醫(yī)學(xué)雜志，2007，3(34):207-209.)。
[0003]目前，增加鈦金屬種植體表面粗糙度的方法主要是利用表面氧化，表面噴砂，化學(xué)腐蝕處理等手段。比如CN101773412公開的一種牙種植體的表面活化方法，就采用陽極氧化和堿處理相結(jié)合的方法，在鈦金屬表面得到孔徑為100-200 nm，富含-OH基團的微觀結(jié)構(gòu)。CN101518467公開的一種醫(yī)用多孔鈦種植體及其制備方法，采用粉末共注射成形方法制備了孔徑為50-140微米的多孔鈦種植體。CN102552044和CN102912349分別公開的一種多尺度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的牙種植表面的制備方法和一種微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的鈦種植體表面制備方法，通過噴砂得到十幾微米起伏結(jié)構(gòu)，再經(jīng)多次酸腐蝕處理得到微納復(fù)合的多尺度復(fù)合結(jié)構(gòu)。類似的，CN102921037和CN102912357分別公開的一種鈦種植體表面制備多級納米結(jié)構(gòu)的方法和一種鈦種植體表面制備微納結(jié)構(gòu)的方法，也同樣是結(jié)合了噴砂與酸處理的方法。然而，這種結(jié)合噴砂與酸腐蝕處理的方法較為繁瑣，得到的微納結(jié)構(gòu)的尺寸范圍也較為局限，且得到的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)不易控制。事實上，噴砂得到的微米級別的粗糙度十分有限，且十分容易在后續(xù)的酸腐蝕過程中消失。
[0004]近年來剛剛興起的三維打印技術(shù)為鈦種植體表面微米級粗糙度的構(gòu)建提供了機會，因為用來打印的原料尺寸可以控制在0.1?100 μ m，打印出來的種植體表面自然就具有可控的微米級別的粗糙度?？紤]到體內(nèi)細胞生存環(huán)境具有從微米到納米的尺寸分級結(jié)構(gòu)，因此模擬成骨細胞周邊復(fù)合微納仿生結(jié)構(gòu)對其后期生物應(yīng)答具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種表面具有復(fù)合梯度微納結(jié)構(gòu)的醫(yī)用鈦種植體及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的醫(yī)用鈦種植體的直徑為3.3?4.8mm,長度為6?14mm，鈦種植體I的表面自內(nèi)向外依次具有微米球狀凸起層2和納米結(jié)構(gòu)層3，所述微米球狀凸起層中球狀凸起的直徑為0.1?100 μ m，所述納米結(jié)構(gòu)層為納米棒或納米點，納米棒的直徑為10?50nm，長度為160?400nm，納米點的直徑為20?200nm。
[0007]制備上述醫(yī)用鈦種植體的方法，包括如下步驟:
1)激光三維打印成型:以0.1?100 μ m的鈦顆粒為原料，采用激光燒結(jié)的方式以功率為200?500 w,速度為2-30 mm3/min打印出直徑為3.3?4.8mm,長度為6?14mm的鈦種植體，用去離子水和乙醇在超聲波中清洗，烘干，得到表面具有微米球狀凸起層的鈦種植體；
2)表面納米化處理:將步驟I)得到的鈦種植體浸入鹽酸摩爾濃度為I?10M，鈦源摩爾濃度為0.005?0.05 M的混合溶液中，在150?200°C下反應(yīng)0.5_5h，在具有微米球狀凸起層的鈦種植體表面獲得納米棒結(jié)構(gòu)層；或者在步驟I)得到的鈦種植體表面旋涂由乙酰丙酮、鈦酸四丁酯和去離子水以摩爾比為0.3:1:1的比例混合而成的溶液，在40(T700°C下熱處理廣3 h，在具有微米球狀凸起層的鈦種植體表面獲得納米點結(jié)構(gòu)層；
3)將經(jīng)步驟2)處理的鈦種植體分別用去離子水和乙醇在超聲波中清洗，烘干并消毒，得到醫(yī)用鈦種植體。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述步驟I)的鈦顆粒可以為純鈦、鈦鋁釩、鈦鋁鉻、鈦鋁錫或鈦鋁錫鑰硅。
[0009]所述步驟2)的鈦源可以為鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯、四氯化鈦和三氯化鈦中的一種或者多種混合。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是:本發(fā)明在三維打印出來的具有微米粗糙度表面的鈦種植體的基礎(chǔ)上，進一步對其表面進行多種形式的納米化處理，包括納米棒和納米點。最終得到表面具有微米、納米尺度梯度分布的醫(yī)用鈦種植體。相對于現(xiàn)有的醫(yī)用鈦種植體，本發(fā)明的鈦種植體由復(fù)合梯度微納結(jié)構(gòu)組成，其表面形成類天然細胞外基質(zhì)的仿生三維生存空間，可以有效促進成骨類細胞堿性磷酸酶的合成和含鈣礦物質(zhì)沉積，力口速骨誘導(dǎo)作用，從而最終實現(xiàn)鈦種植體快速高效的骨整合作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是醫(yī)用鈦種植體的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖中，I為鈦種植體，2為微米球狀凸起層，3為納米結(jié)構(gòu)層。
[0012]圖2是步驟I)得到的鈦種植體表面的掃描電鏡圖。
[0013]圖3是實施例一制得的醫(yī)用鈦種植體表面掃描電鏡圖。
[0014]圖4是實施例二制得的醫(yī)用鈦種植體表面掃描電鏡圖。

【具體實施方式】
[0015]實施例一
利用Magics軟件數(shù)據(jù)處理生成支撐——RP Tool數(shù)據(jù)切片導(dǎo)入3D打印機電腦，以直徑為0.1?10ym的純鈦顆粒作為原料，采用直接激光燒結(jié)的方式，用打印設(shè)備(EOS M280)以打印功率為500 W，速度30 mm3/min打印出直徑為3.3 mm，長度為6 mm的鈦種植體，用去離子水和乙醇在超聲波中清洗干凈，烘干。打印出的鈦種植體表面電鏡圖如圖1所示，可以看出其表面具有微米球狀凸起，微米球的直徑為0.Γ?ΟΟμ--.
[0016]將得到的鈦種植體置于鹽酸摩爾濃度為10 Μ、鈦酸四丁酯摩爾濃度為0.05 M的混合溶液中，在150°C下反應(yīng)5 h，處理后再將試樣置于乙醇和蒸餾水中反復(fù)超聲清洗，烘干并消毒，得到醫(yī)用鈦種植體。
[0017]本例制得的醫(yī)用鈦種植體的表面掃描電鏡圖如圖2所示，由圖可知在鈦種植體表面微米球狀凸起層上得到納米棒結(jié)構(gòu)層，納米棒直徑1(T50 nm、長度為16(T400 nm。
[0018]實施例二
利用Magics軟件數(shù)據(jù)處理生成支撐——RP Tool數(shù)據(jù)切片導(dǎo)入3D打印機電腦；以直徑為0.1?10ym的鈦鋁錫顆粒作為原料，采用直接激光燒結(jié)的方式用打印設(shè)備(EOS M280)以打印功率為500 W，速度為30 mmVmin打印出直徑為3.3 mm，長度為6 mm的鈦種植體，用去離子水和乙醇在超聲波中清洗干凈，烘干。打印出的鈦種植體表面具有微米球狀凸起，微米球的直徑為0.Γ100 μ m。
[0019]將得到的鈦種植體利用旋涂的方法在其表面進行納米化處理，所用旋涂溶液為乙酰丙酮、鈦酸四丁酯和去離子水以摩爾比為0.3:1:1的比例配成的混合溶液，在400°C處理
3h，處理后將試樣置于乙醇和蒸餾水中反復(fù)超聲清洗，烘干并消毒，得到醫(yī)用鈦種植體。
[0020]本例制得的醫(yī)用鈦種植體的表面掃描電鏡圖如圖3所示，由圖可知在鈦種植體表面微米球狀凸起層上得到納米點結(jié)構(gòu)層，納米點直徑為2(T200 nm。
[0021]實施例三
利用Magics軟件數(shù)據(jù)處理生成支撐——RP Tool數(shù)據(jù)切片導(dǎo)入3D打印機電腦；以直徑為0.1?100 μ m的鈦鋁釩合金顆粒作為原料，采用直接激光燒結(jié)的方式用打印設(shè)備(E0SM280)以打印功率為200 W，速度為2 mm3/min打印出直徑為4.8 mm，長度為14 mm的鈦種植體，用去離子水和乙醇在超聲波中清洗干凈，烘干。打印出的鈦種植體表面具有微米球狀凸起，微米球的直徑為0.Γ100 μ m。
[0022]將得到的鈦種植體置于鹽酸摩爾濃度為I M、鈦酸四異丙酯摩爾濃度為0.002 M和三氯化鈦摩爾濃度為0.003M的混合溶液中，在200°C反應(yīng)0.5 h，之后再將試樣置于乙醇和蒸餾水中反復(fù)超聲清洗，烘干并消毒，得到醫(yī)用鈦種植體。
[0023]本例制得的醫(yī)用鈦種植體表面依次具有微米球狀凸起層和納米棒結(jié)構(gòu)層，納米棒直徑10?50 nm、長度為160?400 nm。
[0024]實施例四
利用Magics軟件數(shù)據(jù)處理生成支撐——RP Tool數(shù)據(jù)切片導(dǎo)入3D打印機電腦，以直徑為0.1?100 μ m的鈦鋁錫鑰硅合金顆粒作為原料，采用直接激光燒結(jié)的方式用打印設(shè)備(EOS M280)以功率為200 W，速度為2 mm3/min打印出直徑為4.8 mm，長度為14 mm的鈦種植體，用去離子水和乙醇在超聲波中清洗干凈，烘干。
[0025]將得到的鈦種植體利用旋涂的方法在其表面進行納米化處理，所用旋涂溶液為乙酰丙酮、鈦酸四丁酯和去離子水以摩爾比為0.3:1:1的比例配成的混合溶液，旋涂60 S后，再在700°C處理I h，之后將試樣置于乙醇和蒸餾水中反復(fù)超聲清洗，烘干并消毒，得到醫(yī)用鈦種植體。
[0026]本例制得的醫(yī)用鈦種植體表面依次具有微米球狀凸起層和納米棒結(jié)構(gòu)層，微米球狀凸起的直徑為0.1?100 μ m，納米棒直徑10?50 nm、長度為160?400 nm。
【權(quán)利要求】
1.一種醫(yī)用鈦種植體，其特征在于鈦種植體的直徑為3.3?4.8mm,長度為6?14mm,鈦種植體I的表面自內(nèi)向外依次具有微米球狀凸起層2和納米結(jié)構(gòu)層3，所述微米球狀凸起層中球狀凸起的直徑為0.1?100 μ m，所述納米結(jié)構(gòu)層為納米棒或納米點，納米棒的直徑為10?50nm，長度為160?400nm，納米點的直徑為20?200nm。
2.制備如權(quán)利要求1所述的醫(yī)用鈦種植體的方法，其特征在于包括如下步驟: 1)激光三維打印成型:以0.1?100 μ m的鈦顆粒為原料，采用激光燒結(jié)的方式以功率為200?500 w,速度為2-30 mm3/min打印出直徑為3.3?4.8mm,長度為6?14mm的鈦種植體，用去離子水和乙醇在超聲波中清洗，烘干，得到表面具有微米球狀凸起層的鈦種植體； 2)表面納米化處理:將步驟I)得到的鈦種植體浸入鹽酸摩爾濃度為I?10M，鈦源摩爾濃度為0.005?0.05 M的混合溶液中，在150?200°C下反應(yīng)0.5_5h，在具有微米球狀凸起層的鈦種植體表面獲得納米棒結(jié)構(gòu)層；或者在步驟I)得到的鈦種植體表面旋涂由乙酰丙酮、鈦酸四丁酯和去離子水以摩爾比為0.3:1:1的比例混合而成的溶液，在40(T700°C下熱處理廣3 h，在具有微米球狀凸起層的鈦種植體表面獲得納米點結(jié)構(gòu)層； 3)將經(jīng)步驟2)處理的鈦種植體分別用去離子水和乙醇在超聲波中清洗，烘干并消毒，得到醫(yī)用鈦種植體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的醫(yī)用鈦種植體的制備方法，其特征在于:所述步驟I)的鈦顆粒為純欽、欽招f凡、欽招絡(luò)、欽招錫或欽招錫鑰娃。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的醫(yī)用鈦種植體的制備方法，其特征在于:所述步驟2)的鈦源為鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯、四氯化鈦和三氯化鈦中的一種或者多種混合。
【文檔編號】B82Y40/00GK104258459SQ201410480562
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】王慧明, 俞夢飛, 董靈慶, 韓曉東 申請人:浙江大學(xué)