种植体纳米级表面制备方法与流程

发明涉及钛基材材料表面处理领域，特别是涉及纯钛和钛合金种植体纳米级表面制备方法。

背景技术：

钛及其钛合金由于其良好的生物相容性，作为一种生物材料被广泛应用于种植体，如人工关节、髓内钉、牙种植体等。但钛的生物惰性表面难以与骨组织发生化学键性结合，在种植体和活体组织界面处容易形成纤维阻隔层，使种植体植入后骨结合和整合速度慢、时间长，患者自身情况复杂风险大而导致牙科种植体植入失败率增加。提高种植体材料的生物相容性和骨整合速度是提高牙科种植体成功率首先要解决的问题。学者们认为，材料表面具有一定特征的微米级形貌，将有利于增加材料的比表面积，利于表面接触成骨细胞的分化和细胞外基质的矿化，同时也能为细胞生长提供合适的支架，增加组织与材料之间的粘附力，而纳米级形貌则有利于细胞外基质中某些蛋白的合成和吸附，进而促进细胞的粘附。因此，通过种植体表面改良处理而获得良好的成骨能力是非常必要的，现在很多国内外种植体公司和研究机构早已经开始进行种植体纳米级表面研究。例如中国专利cn102912357a公开一种钛种植体表面制备微纳米结构的方法，采用医用纯钛进行喷砂处理后进行超声处理，超声处理后样品采用硫酸、盐酸、硝酸、水的混合溶液中，进行酸蚀处理，将酸蚀处理后的样品作为阳极，置于阳极氧化液中进行阳极氧化处理后冲洗，烘干，冷却至恒重，即得到表面为微纳米结构的钛种植体。本方法是在传统的喷砂酸蚀微米级表面用化学反应阳极氧化而形成纳米表面状态，该表面处理方式对于微米级喷砂酸蚀表面是有升级和良好的临床效果，但促进骨诱导能力差，加工成本高。

中国专利cn108478858a提供一种钛种植体纳米级超亲水表面的制备方法，使用砂粒对钛种植体进行喷砂抛光处理；使用酸蚀液对喷砂抛光处理后的钛种植体进行酸蚀抛光处理；将酸蚀抛光处理后的钛种植体置入电解液中进行阳极氧化处理；将阳极氧化处理后的钛种植体放入热处理装置中进行热处理。从而得到具有纳米级形貌表面的钛种植体。钛种植体在阳极氧化处理后进行了热处理，亲水性得到改善，但也是基于物理状态来改善骨结合的速度，其工艺复杂，加工成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型的种植体纳米级表面制备方法，该方法具有操作简单、加工制作成本低、种植体生物相容性强等优点。具体表现在以下几个方面：（1）在现有的喷砂酸蚀（sla）表面基础上的纳米喷砂技术，是在微米级的喷砂酸蚀的空隙内将纳米级的喷砂介质（具有骨诱导的材料钙镁离子羟基磷灰石ha等）用喷砂的方法制备纳米表面；（2）喷砂的压力和距离不受限制，可根据介质的状态和喷砂酸蚀表面任意调整，方法简单灵活；（3）喷砂的粘结强度不需要控制，可以根据后续的清洗和清洁工艺进行调整，需要超声清洗则提高喷砂压力，如用洁净喷砂则只需要很小的压力将喷砂介质均匀涂覆于种植体表面即可；（4）仅对喷砂的介质要求高，喷砂的设备工艺要求较低，不引入其他杂质，安全有效；（5）技术风险小，成本低，注册时间快；（6）骨诱导效果明显、骨结合速度快、骨整合程度高、成功率高、骨结合周期短。

本发明的上述目的通过如下技术手段实现：

一种种植体纳米级表面制备方法，包括如下步骤：

s1获得具有微米级空隙物理表面的种植体。

s2制备纳米级喷砂介质；首先是介质成分是具有骨诱导作用的介质材料如：羟基磷灰石（ha）另外喷砂的介质必须是纳米级状态的（5-300纳米不等但只要均匀即可），主要是根据介质的颗粒结晶度和种植体表面后续工艺制备方法，需要有粘结强度高的则颗粒需要大一些。

s3将步骤s2中得到的纳米级喷砂介质喷砂至步骤s1中的种植体表面。

所述步骤s1中种植体为钛基材、纯钛和钛合金。

所述步骤s2中喷砂介质为羟基磷灰石（ha），具有骨诱导的钙、镁、铜，或用于口腔种植体的各种骨粉材料。

所述步骤s2中喷砂介质粒径5纳米~300纳米。

所述步骤s3中喷砂条件，喷砂条件是：喷砂0.5-2cm、气压0.5-5mpa、干式和湿式喷砂，喷砂时间:3s-30s。

本发明与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明首先通过喷砂酸蚀等方法构造出种植体的微米级形貌，在微米级形貌的基础上用纳米级介质喷砂处理，纳米级介质可以促进骨诱导和骨整合从而提高骨诱导和促进骨整合，牙科种植体在植入后可加快种植体早期骨整合的速度，从而提高种植体的稳定性和成功率。本发明的优点是在微米级形貌状态下进行纳米级介质的涂覆且涂覆的工艺非常简单，即利用传统的喷砂原理和制备方法将纳米级介质涂覆于微米空隙内，涂覆的强度没有严格要求，仅需保证在种植体植入时微米级空隙内的纳米级介质不会流失，植入后由于纳米级介质成分能够提供良好的骨诱导作用可缩短骨结合时间，而骨诱导势必会增加骨结合的程度，从而改善骨结合速度和骨整合程度，提高临床效果。

附图说明

图1为sla处理后种植体在1000倍sem电镜状态。

图2为sla处理后种植体在2000倍sem电镜状态。

图3为骨结合的状态示意图。

图4为成骨细胞的伪足（攀附于微米空隙内）。

图5为5000倍下的微米级表面状态。

图6为10000倍电镜下微米级表面状态。

图7为5000倍下的纳米级ha喷砂状态。

图8为10000倍下的纳米级ha喷砂状态。

具体实施方式

种植体纳米级表面制备方法，包括如下步骤：

s1获得具有微米级空隙物理表面的种植体。

1）将医用钛置于喷砂机中，采用80-100目氧化铝或者陶瓷砂粒，0.4-5mpa气压、0.5cm-20cm距离和倾斜角度为20°-75°可分步喷砂方式下进行喷砂处理，只要植体表面被全部喷砂表面且均匀一致即可。

2）喷砂处理后将喷砂产品进行超声波预清洗处理。

3）清洗后样品置于盐酸、硫酸、氢氟酸和去离子水中按照比例（体积比约1:2:1:1）混合后进行酸腐蚀处理，温度50-80℃、时间30-90分钟，进行酸腐蚀。

4）酸腐蚀处理后将样品放入去离子水超声预处理或清洗后传入净化间进行末道清洗。

如图1所示，形成20-40微米大颗粒喷砂孔洞，图2所示，形成2-4微米酸腐蚀孔洞，图3中显示成骨细胞形成于大颗粒喷砂20-40微米内，但是经过图4放大后的伪足是形成于2-4微米的空隙内。

微米级空隙物理表面的种植体还可采用现有技术中已有的其他方法获得，所得到的种植体只要满足大孔20-50微米，小孔2-8微米即可满足本发明的要求。

s2制备纳米级喷砂介质

本实施例中采用的具有骨诱导的喷砂介质是纳米级羟基磷灰石ha粉。购自美国hemid公司纳米级羟基磷灰石ha粉，颗粒大小在30纳米-300纳米均有成品。本实施例中采用粒径30纳米的羟基磷灰石ha粉。

s3将步骤s2中得到的纳米级喷砂介质喷砂至步骤s1中的种植体表面。

s3.1将经过大颗粒喷砂酸蚀后的种植体用治具将其旋入，只留出需要的喷砂部分；

s3.2将需要喷砂的种植体放入喷砂设备后，匀速自转50-200转/分钟，将植体从上表面至下表面倾斜角根据螺纹角度进行微调（20-75°）然后在从植体的下表面至上表面分别进行喷砂，在顶部小角度进行局部补喷，至全部喷砂完成后，取下种植体；

s3.3进行后道处理，即清洗或者清洁后包装。

高倍（5000和10000倍）电镜下微米级表面状态如图5和图6所示，图7和图8显示了高倍电镜下的纳米级ha表面处理状态，表明纳米级ha的表面状态在微米级空洞内分布比较均匀。