一种牙种植体基台及其制备方法与流程

本发明涉及医疗用品技术领域，具体涉及一种牙种植体基台及其制备方法。

背景技术：

牙种植体是近20余年来迅速发展的一种新型口腔修复体，可作为中间修复体植入牙缺失部位的牙槽骨内，并与牙槽骨紧密结合，起到天然牙根的作用，以支撑义齿，从而避免了对基托和健康邻牙的依赖，能够较好地恢复牙的功能。牙种植体支撑义齿效果好，患者的机体感觉以及咀嚼功能都能恢复到接近天然牙的水平，牙种植体大大提高了牙缺失患者的生活质量，是一种很有发展前途的新型口腔修复体，亦是口腔医学发展的前沿之一。

牙种植体通常包括：体部，用于种植义齿植入人体组织的部分；颈部，用于连接体部与基桩或基台的部分；基桩或基台部，是牙种植体暴露于粘膜外的部分，用于为连接其上部的冠桥修复体提供支持、固位和稳定作用。

目前，体部及基台普遍选用纯钛或钛合金作为材料。纯钛或钛合金颜色为银灰色，因此，当基台穿过牙龈而连接体部与上部冠桥修复体时，纯钛或钛合金的银灰色常从牙龈下方透出，导致牙龈发青发灰。同时由于纯钛或钛合金材料的基台对自然光线具有阻射作用，光线不能透过而被吸收或部分反射，限制了修复体再现自然牙体组织的内在层次，尤以冠颈部区域更加明显。由此，纯钛或钛合金体部及基台的牙种植体主要存在以上两种影响种植修复体美学效果的问题。尤其是薄龈生物型及高笑线型患者更易发生此类问题。

临床上常用白色的氧化锆基台代替银灰色的钛基台，以期解决上述问题。然而，当缺牙间隙较小、或者上部冠桥修复体与体部存在一定角度的时候，过多调磨氧化锆基台会造成局部厚度过薄而影响其强度。同时，氧化锆基台价格昂贵，限制了此种材料在临床上的广泛应用。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成本低、表面颜色更接近牙根或牙龈颜色的牙种植体基台及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种牙种植体基台制备方法，包括以下几个步骤：现将牙种植体基台本体进行预处理，然后以预处理后的牙种植体基台本体为阳极，以不锈钢为阴极，放置在电解液中，并将阳极和阴极与电源相连，施加电压，对牙种植体基台本体的表面进行氧化处理，直至牙种植体基台本体表面形成氧化膜，通过调节电压大小以及氧化时间，使得氧化膜的厚度不同，使最终得到的牙种植体基台呈现黄、粉、红等与牙根、牙龈相近的颜色。

利用阳极氧化法对牙种植体基台的表面进行改性，可以通过调节外加电压的电压值以在所述牙种植体基台的表面形成不同的颜色，从而满足各种病例的不同需求。阳极氧化可使牙种植体基台表面形成一层透明二氧化钛薄膜，氧化膜表面反射光与氧化膜-钛界面内部反射光发生干涉现象，从而使牙种植体基台表面呈现颜色。电压是影响钛表面氧化膜的关键因素，氧化膜厚度随电压升高而增厚，由于氧化膜厚度不同，氧化膜的光通量以及光的反射和折射发生改变，产生不同干涉效应。因此，牙种植体基台表面颜色随电压变化而改变。在电解电压为60V和65V时，牙种植钛基台表面分别形成与天然牙根和牙龈颜色相近的黄色和红色，可改善银灰色钛基台引起的前牙区美学问题。

此外，利用本发明所述表面处理方法在所述牙种植体基台表面所形成的氧化膜，可以阻止金属离子的释放，并防止金属离子与体液中离子发生反应，从而提高牙种植体基台的抗腐蚀性能，使牙种植体基台在口腔潮湿环境中不易被腐蚀。

此外，牙种植体基台表面的电势能还对细胞黏附有一定的影响。由于细胞表面正电势易与钛氧化膜表面负电势发生结合，因此，利用本发明所述表面处理方法可以提高细胞黏附效率。再者，本发明所述表面处理方法还可以增加牙种植体基台表面的粗糙度，与光滑表面相比，粗糙表面更能增加表面亲水性，使细胞易于在其表面伸展。同时，粗糙的微孔结构可使组织细胞向内生长，提高牙种植体基台与周围软组织的结合力。再者，利用本发明所述表面处理方法获得的所述牙种植体基台可以在后续过程中，根据不同的修复术需求，在表面颜色不发生改变的前提下利用多种药品的作用来改善其生物相容性。

因此，利用本发明所述表面处理方法，既可以解决现有牙种植体基台存在的修复美学问题，又可以在不增加大量成本的同时使牙种植体基台获得更好的性能，以满足不同需求。

所述的牙种植体基台本体采用的材料为钛合金。

所述的钛合金为Ti-6Al-4V。

所述的预处理包括以下步骤：用400～2000目的金相砂纸对牙种植体基台本体进行打磨，然后将打磨后的牙种植体基台本体依次放置在丙酮、无水乙醇和蒸馏水中进行超声清洗，然后进行酸洗和水洗，完成牙种植体基台本体的预处理。

钛在空气中可被氧化产生薄层氧化膜，酸洗液中的氢氟酸可使牙种植体基台表面氧化膜迅速溶解，而硝酸可使牙种植体基台表面钝化。将氢氟酸和硝酸等比例混合后对牙种植体钛基台表面行预处理，减小原有氧化膜对阳极氧化的影响，使牙种植体钛基台表面颜色更加均匀。

所述的酸洗在混合酸溶液中完成，所述混合酸溶液是将质量浓度为40％的氢氟酸和质量浓度为85％的硝酸按体积比1:(3～5)混合后，再加入H₂O得到，加入的氢氟酸与H₂O的体积比为1:30。

所述的电解液为磷酸溶液，电解液的浓度为1～2mol/L。

所述的电压范围为50～70V，优选60～65V。

所述的氧化处理时间为0.5～2min。

在牙种植体钛基台与电解质溶液界面发生反应如下：

Ti→Ti²⁺+2e^-

2H₂O→2O^2-+4H⁺

2H₂O→2O₂+4H⁺+4e^-

Ti²⁺+2O^2-→TiO₂+2e^-

所述的牙种植体基台本体表面形成氧化膜后，先用去离子水进行水洗，然后以100℃的去离子水进行水合封孔处理。

后处理可提高钛表面氧化膜的抗污染能力，保持其表面颜色均匀鲜亮。氧化膜有两层构成，内层氧化膜薄而致密，外层氧化膜厚而疏松，且有较高的孔隙率，易受到污染。封孔处理后，氧化膜表面的孔隙率下降，提高抗污染能力。

一种采用如上所述制备方法得到的牙种植体基台，包括牙种植体基台本体以及在牙种植体基台本体表面形成的氧化膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)利用阳极氧化法对牙种植体基台的表面进行改性，可以通过调节外加电压的电压值以在所述牙种植体基台的表面形成不同的颜色，从而满足各种病例的不同需求；

(2)牙种植体基台表面所形成的氧化膜，可以阻止金属离子的释放，并防止金属离子与体液中离子发生反应，从而提高牙种植体基台的抗腐蚀性能，使牙种植体基台在口腔潮湿环境中不宜被腐蚀；

(3)牙种植体基台表面的电势能能有效提高细胞黏附效率；

(4)得到的牙种植体基台表面粗糙度大，更能增加表面亲水性，使细胞易于在其表面伸展。同时，粗糙的微孔结构可使组织细胞向内生长，提高牙种植体基台与周围软组织的结合力。

附图说明

图1A为未经表面处理的牙种植体基台本体的SEM图像；

图1B为60V电压下形成牙种植体基台的SEM图像；

图1C为65V电压下形成牙种植体基台的SEM图像；

图2为牙种植体基台本体及经60V电压和65V电压表面处理后的牙种植体基台的表面接触角测试结果；

图3为牙种植体基台本体及经60V电压和65V电压表面处理后的牙种植体基台的表面粗糙度测试结果。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种牙种植体基台的制备方法，该牙种植体基台本体由钛合金Ti-6Al-4V制成，表面处理方法具体包括以下步骤。

步骤S101.以2000目的金相砂纸对牙种植体基台本体表面进行打磨；

步骤S102.以丙酮，无水乙醇和蒸馏水分别对经打磨后的牙种植体基台本体进行超声清洗，各超声清洗10分钟；

步骤S103.以混合酸对经超声清洗的牙种植体基台本体酸洗20秒，蒸馏水水洗3分钟；其中，混合酸由氢氟酸和硝酸混合，使得混合酸中的氢氟酸、硝酸和水的体积比符合等式HF:HNO₃:H₂O＝1:3:30；

步骤S20.以牙种植体基台为阳极、以不锈钢为阴极，在电解液和外加电压作用下对牙种植体基台进行阳极氧化1分钟，以在牙种植体基台本体表面形成一氧化膜，得到牙种植体基台。其中，电解液为磷酸溶液，磷酸溶液的浓度为1mol/L；牙种植体基台(阳极)与不锈钢(阴极)之间的间距为10厘米；

步骤S301.对步骤S20处理后的牙种植体基台进行水洗；

步骤S302.以100℃去离子水对经水洗后的牙种植体基台进行水合封孔30分钟。

通过调节步骤S20中的外加电压，本实施例获得了不同表面颜色的牙种植体基台。具体来说，在本实施例中，在步骤S20中，以5V为调整单位，在5～90V的电压范围内调节外加电压，并获得了不同表面颜色的牙种植体基台，以满足不同修复手术的需求。

为直观表示，申请人还整理了各电压值处理后的牙种植体基台的表面颜色如表1所列。

表1.不同电压下形成的牙种植体基台表面颜色(25～30℃，t＝60s)

从上表可知，50～70V形成的牙种植体基台颜色在黄、红之间，尤其是60V和65V电压下形成的着色牙种植体基台与天然牙根及牙龈的色差较小。进一步对该两种着色牙种植体基台的表面进行研究，获得如图1A～1C所示的SEM像，其中图1A为未经表面处理的牙种植体基台本体SEM像、图1B为60V电压下形成的着色牙种植体基台SEM像、图1C为65V电压下形成的着色牙种植体基台SEM像。有图1A～1C显示的，经过阳极氧化后的牙种植体基台表面形成聚合物，并含有氧元素；而未处理的牙种植体基台表面见方向一致划痕，且无氧元素。

进一步对表面粗糙度和表面接触角进行了研究。图2所示，经阳极氧化处理后的牙种植体基台的表面接触角减小：未处理的牙种植体基台本体的表面接触角为82.81°；60V电压下形成的着色牙种植体基台的表面接触角为40.22°，65V电压下形成的着色牙种植体基台的表面接触角为38.99°。图3所示，经阳极氧化后的牙种植体基台表面粗糙度增大：未处理的牙种植体基台本体的表面粗糙度为84.41nm；而60V电压下形成的着色牙种植体基台的表面粗糙度是154.56nm，65V电压下形成的着色牙种植体基台的表面粗糙度是126.74nm。

采用CIE1976L*a*b*颜色系统的比色方法。

在自然光线下，筛选出近似于牙根、牙龈颜色的经表面处理后的牙种植体基台。利用奥林巴斯分光光度计比色仪，在黑暗条件下分别测量天然牙根、天然牙龈、表面处理的牙种植体基台及未经表面处理的牙种植体基台的L*a*b*值。根据公式△E＝[(ΔL*)²+(Δa*)²+(Δb*)²]^1/2计算颜色差异值，并比较其差异。具体步骤如下：

1.离体牙收集

收集50颗离体牙。纳入标准：(1)上颌中切牙、侧切牙、尖牙及前磨牙；(2)牙根完整，无龋坏、色斑、缺损、变色等。排除标准：(1)拔牙前为死髓牙；(2)牙根不完整，有龋坏、色斑、缺损、变色等；(3)牙面有无法去除的染色和结石。去净牙根表面牙周膜、牙结石，放置于0.9％的生理盐水中备用，所有离体牙在48小时内完成测试。

2.牙龈测试对象

24～27岁在校研究生及医护人员20名纳入测试对象。纳入标准：(1)颌面部发育正常，上颌前牙无异常拥挤和扭转；(2)上颌中切牙区无修复体；(3)口腔卫生习惯良好，上颌前牙区牙龈健康，探诊无出血，无牙结石。所有研究对象均知情同意。

3.选择测试的颜色系统

选择1976年由国际照明组织委员会推荐的CIE1976L*a*b*颜色系统。在该系统中，物体颜色在知觉上有均匀空间。其中L*代表明度，+a*代表红色，-a*代表绿色，+b*代表黄色，-b*代表蓝色，a*、b*决定物体色相，其绝对值大小表示物体饱和度。△E表示两物体颜色间色度的差异，△E＝[(ΔL*)²+(Δa*)²+(Δb*)²]^1/2。在口腔环境中，当△E大于3.7时，人眼能察觉出两物体间颜色差异。

4.自然光源下颜色的初步筛选

在晴天上午10点到12点，灰色背景下观察表面处理的牙种植体基台、天然牙根及天然牙龈颜色，选出与天然牙根及牙龈颜色接近的表面处理的牙种植体基台备用。在本实施例中，主要选取黄色系牙种植体基台和红色系牙种植体基台。

5.测定牙根颜色

将收集的离体牙用气枪吹干，钛合金试件经丙酮清洁后气枪吹干备用。使用牙科分光光度计Crystaleye测量颜色。测试条件：黑暗环境；标准LED光源照明；45度入射角；扩散反射式。每个试件测量前，均需将仪器在Crystaleye分光光度计基座上校准。钛合金试件及离体牙在黑暗盒中测量，分光光度计与被测物体垂直并轻接触。每个试件测量3次，得到L*，a*，b*值，并计算其均值。

6.测定牙龈颜色

牙龈测试前，志愿者漱口，并用无菌纱布擦拭志愿者上颌中切牙牙龈以去除唾液，保持测试区干燥。用口腔牵拉器牵引志愿者口唇以充分暴露前牙区牙龈，在黑暗环境下进行测试。于Crystaleye分光光度计比色仪取景框中确定测试区域，测试头与上颌前牙区牙龈组织轻接触。每次测量前，需在Crystaleye分光光度计需在基座上较光以保障测色准确性。每个测试位点测量3次，得到L*，a*，b*值，并计算其均值。

本实施例不同电压下牙种植体基台的平均色差值，结果请见2。

表2.天然牙根、天然牙龈与经不同电压表面处理的牙种植体基台的平均色差值

其中，T-0V代表天然牙根，G-0V代表天然牙龈，字母T代表牙根，字母G代表牙龈。由表2数据显示，经本发明表面处理方法处理后的牙种植体基台与天然牙根、天然牙龈的色差小。

在本发明中，利用阳极氧化法对牙种植体基台的表面进行改性，可以通过调节外加电压的电压值以在牙种植体基台的表面形成不同的颜色，从而满足各种病例的不同需求。此外，利用本发明表面处理方法在牙种植体基台表面所形成的氧化膜，可以阻止金属离子的释放，并防止金属离子与体液中离子发生反应，从而提高牙种植体基台的抗腐蚀性能，使牙种植体基台在口腔潮湿环境中不宜被腐蚀。

实施例2

采用与实施例1类似的处理方法，不同之处在于，处理的条件不同，具体如下：

(1)混合酸溶液中，氢氟酸和硝酸的体积比为1:4；

(2)电解液的浓度为1.5mol/L；

(3)施加的电压强度为50V；

(4)氧化处理的时间为0.5min。

经检测，最终得到的牙种植体基台呈浅黄色，与牙龈的颜色接近，且该牙种植体基台的防腐蚀性高。

实施例3

采用与实施例1类似的处理方法，不同之处在于，处理的条件不同，具体如下：

(1)混合酸溶液中，氢氟酸和硝酸的体积比为1:5；

(2)电解液的浓度为2mol/L；

(3)施加的电压强度为70V；

(4)氧化处理的时间为2min。

经检测，最终得到的牙种植体基台呈玫红色，与牙龈的颜色接近，且该牙种植体基台的防腐蚀性高。