一种多尺度多孔复杂结构的种植体表面制备方法
【专利摘要】本发明提供一种多尺度多孔复杂结构的种植体表面制备方法，是一种具有抗菌和成骨功能的钛基种植体表面制备方法，通过喷砂、草酸酸蚀和碱处理等三步减量法处理，模拟生理状态下体内新骨形成的形貌环境，该表面不仅可加速种植体表面的骨整合有助于种植体的长期稳定性，而且具有显著的抗菌性能，可以抑制种植初期的感染，可以进一步提高种植成功率。本发明创制了一种兼具成骨性能和抗菌性能的微纳复合纯钛种植体表面，具有三维的多尺度复杂结构种植体表面，该表面具有比临床上应用最广泛的SLA高的成骨活性和优异的抑菌性能，具有广泛的应用前景。对于扩大口腔种植适应症、缩短种植修复疗程、降低种植相关的感染、提高种植成功率有十分重要的意义。
【专利说明】一种多尺度多孔复杂结构的种植体表面制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于医用材料制造【技术领域】，涉及一种具有抗菌和抑菌功能的多尺度多孔复杂结构的牙种植体表面制备方法。
技术背景
[0002]从上世纪80年代Branemark提出骨整合理论以来，骨整合理论已被国内外学者广泛接受，并应用于临床实践。种植体与周围骨组织形成骨整合(osseointegrat1n)是种植成功的关键。种植体表面性质在影响种植体周围细胞形态和细胞行为中发挥重要作用，是决定骨整合速度和程度的关键因素之一。近年来，在骨整合理论的相关研究的基础上，学者们提出了粗糙表面种植体植入后是一种接触成骨方式产生骨整合的理念。一定的表面形貌能通过直接或间接的方式诱导细胞形态和细胞活性，进而影响骨整合的发生。时至今日，种植术已经在口腔临床获得了很大的成功，但是，不足的骨整合和细菌感染导致的种植效果不理想甚至种植失败依然是困扰种植临床的难题。因此，能进一步提高现有种植体表面的成骨活性又具备抗菌性能的表面是新一代种植体应该具备的特征。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种多尺度多孔复杂结构的种植体表面制备方法，是一种具有抗菌和成骨功能的钛基种植体表面制备方法，该方法包含三步减量法处理，通过以下步骤实现:
Cl)喷砂:用2(Γ80目的金钢砂、氧化铝、喷丸玻璃珠、铝珠、钢砂、钢珠、塑料砂、树脂砂、核桃砂、氧化铈、氧化锆等对光滑的种植体表面进行喷砂处理，喷砂压力为4?8bar，最佳压力为4?6bar，其中40?60目砂为最佳，喷砂时间为10?600秒，其中最佳喷砂时间为40?80秒。喷砂后的种植体，先后用丙酮、乙醇和纯水超声清洗15min，氮气吹干。获得十几微米到几十微米的弹坑状起伏。
[0004](2)草酸酸蚀:喷砂处理后的种植体在草酸溶液处理5?300分钟，其中最佳处理时间为2(Γ90分钟，草酸的质量浓度为30%至饱和，最佳质量浓度为37.5°/Γ50%，处理温度为60°C到沸水浴，最佳温度为80°C至沸水浴。处理后的种植体立即置于沸腾的蒸馏水中清洗，在喷砂获得的几十个微米的起伏上酸蚀出微米的凹坑，在该微米级结的侧壁及底壁上又进步一酸蚀出尺度更小的微米级及亚微米级的凹坑结构。草酸处理后多孔分层结构，增强了表面的三维立体感，大大增大了种植体的表面积。
[0005](3)碱处理:草酸处理后的种植体用NaOH溶液处理，其中NaOH的质量浓度为0.1%至饱和，处理温度为0°C至沸腾，处理时间为0.f 120分钟，其中最佳质量浓度为19Γ30%，最佳处理温度为60°C ?90°C，最佳处理时间为5飞O分钟。经过碱处理，在微米级、亚微米级结构上又构建了一层纳米级的网状结构，该结构具有三维立体结构，与破骨细胞作用后脱矿的胶原网结构相似。
[0006]本发明的另一个目的是提供所述方法在制备多尺度多孔复杂结构的种植体表面中的应用。
[0007]本发明旨在构建具有三维的多尺度复杂结构种植体表面，模拟生理状态下体内新骨形成的形貌环境，草酸处理后多孔分层结构，增强了表面的三维立体感，大大增大了种植体的表面积。经过碱处理，在微米级、亚微米级结构上又构建了一层纳米级的网状结构，该结构具有三维立体结构，与破骨细胞作用后脱矿的胶原网结构相似。该表面不仅可加速种植体表面的骨整合有助于种植体的长期稳定性，而且具有显著的抗菌性能，可以抑制种植初期的感染，可以进一步提高种植成功率。
[0008]本发明创制了一种兼具成骨性能和抗菌性能的微纳复合纯钛种植体表面。该表面具有比临床上应用最广泛的SLA高的成骨活性和优异的抑菌性能，具有广泛的应用前景。对于扩大口腔种植适应症、缩短种植修复疗程、降低种植相关的感染、提高种植成功率有十分重要的意义。
[0009]
【专利附图】
【附图说明】
图1是草酸处理后的钛片经1% NaOH 80°C处理不同时间后的扫描电镜图。
[0010]图2是草酸处理后的钛片经5% NaOH 80°C处理不同后时间的扫描电镜图。
[0011]图3是草酸处理后的钛片经10% NaOH 80°C处理不同时间后的扫描电镜图。
[0012]图4是XRD分析。所有表面具有相同的XRD图谱。L (low)为1% NaOH处理组，LI，L2，L3分别为处理5分钟，10分钟，20分钟。M (middle)为5%Na0H处理组，H (hight)为10% NaOH处理组，命名方式与L组相同。
[0013]图5是碱性磷酸酶活性检测。
[0014]图6是骨钙素分泌量检测。
[0015]图7是大肠杆菌在各种表面上的粘附情况荧光染色。
[0016]图8是金葡菌在各种表面上的粘附情况荧光染色。
【具体实施方式】
[0017]本发明结合实施例和附图作进一步的说明，由于本发明可以在所有体内永久性植入的钛基植体表面进行构建，从而促进植入体和硬组织间的骨整合，减少临床感染，缩短治疗周期，并提种植的长期成功率。因此,其他体内永久性植入种植体表面上用本发明所构建的这种表面都在本发明的保护范围之内。本发明的实施例只是为了更好说明本发明的特征，并不完全包含本专利的所保护内容。
[0018]实施例一:
表面光滑的种植体用40飞0目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂I分钟，喷涂后的种植体先后用丙酮、乙醇和纯水超声清洗15min，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0019]吹干后的种植体置于60g草酸/10ml水的草酸溶液中，沸水浴60min，迅速用沸腾蒸馏水清洗，在喷砂获得的几十个微米的起伏上酸蚀出微米的凹坑，在该微米级结的侧壁及底壁上又进步一酸蚀出尺度更小的微米级及亚微米级的凹坑结构。草酸处理，增强了表面的三维立体感，大大增大了表面积。
[0020]草酸处理后的种植体用1%质量浓度的NaOH 80°C处理5min，大量纯水冲洗，氮气吹干。在微米、亚微米结构上蚀刻纳米级网状结构。
[0021]实施例二: 表面光滑的种植体用4(Γ60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂I分钟，喷涂后的种植体先后用丙酮、乙醇和纯水超声清洗15min，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0022]吹干后的种植体置于60g草酸/10ml水的草酸溶液中，沸水浴60min，迅速用沸腾蒸馏水清洗，在喷砂获得的几十个微米的起伏上酸蚀出微米的凹坑，在该微米级结的侧壁及底壁上又进步一酸蚀出尺度更小的微米级及亚微米级的凹坑结构。草酸处理，增强了表面的三维立体感，大大增大了表面积。
[0023]草酸处理后的种植体用1%质量浓度的NaOH 80°C处理10 min，大量纯水冲洗，氮气吹干。在微米、亚微米结构上蚀刻纳米级网状结构。
[0024]实施例三:
表面光滑的种植体用40飞0目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂I分钟，喷涂后的种植体先后用丙酮、乙醇和纯水超声清洗15min，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0025]吹干后的种植体置于60g草酸/10ml水的草酸溶液中，沸水浴60min，迅速用沸腾蒸馏水清洗，在喷砂获得的几十个微米的起伏上酸蚀出微米的凹坑，在该微米级结的侧壁及底壁上又进步一酸蚀出尺度更小的微米级及亚微米级的凹坑结构。草酸处理，增强了表面的三维立体感，大大增大了表面积。
[0026]草酸处理后的种植体用1%质量浓度的NaOH 80°C处理20 min，大量纯水冲洗，氮气吹干。在微米、亚微米结构上蚀刻纳米级网状结构。
[0027]实施例四:
表面光滑的种植体用40飞0目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂I分钟，喷涂后的种植体先后用丙酮、乙醇和纯水超声清洗15min，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0028]吹干后的种植体置于60g草酸/10ml水的草酸溶液中，沸水浴60min，迅速用沸腾蒸馏水清洗，在喷砂获得的几十个微米的起伏上酸蚀出微米的凹坑，在该微米级结的侧壁及底壁上又进步一酸蚀出尺度更小的微米级及亚微米级的凹坑结构。草酸处理，增强了表面的三维立体感，大大增大了表面积。
[0029]草酸处理后的种植体用5%质量浓度的NaOH 80°C处理5min，大量纯水冲洗，氮气吹干。在微米、亚微米结构上蚀刻纳米级网状结构。
[0030]实施例五:
表面光滑的种植体用40飞0目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂I分钟，喷涂后的种植体先后用丙酮、乙醇和纯水超声清洗15min，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0031]吹干后的种植体置于60g草酸/10ml水的草酸溶液中，沸水浴60min，迅速用沸腾蒸馏水清洗，在喷砂获得的几十个微米的起伏上酸蚀出微米的凹坑，在该微米级结的侧壁及底壁上又进步一酸蚀出尺度更小的微米级及亚微米级的凹坑结构。草酸处理，增强了表面的三维立体感，大大增大了表面积。
[0032]草酸处理后的种植体用5%质量浓度的NaOH 80°C处理10 min,大量纯水冲洗，氮气吹干。在微米、亚微米结构上蚀刻纳米级网状结构。
[0033]实施例六:
表面光滑的种植体用40飞0目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂I分钟，喷涂后的种植体先后用丙酮、乙醇和纯水超声清洗15min，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0034]吹干后的种植体置于60g草酸/10ml水的草酸溶液中，沸水浴60min，迅速用沸腾蒸馏水清洗，在喷砂获得的几十个微米的起伏上酸蚀出微米的凹坑，在该微米级结的侧壁及底壁上又进步一酸蚀出尺度更小的微米级及亚微米级的凹坑结构。草酸处理，增强了表面的三维立体感，大大增大了表面积。
[0035]草酸处理后的种植体用5%质量浓度的NaOH 80°C处理20min，大量纯水冲洗，氮气吹干。在微米、亚微米结构上蚀刻纳米级网状结构。
[0036]实施例七:
表面光滑的种植体用40飞0目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂I分钟，喷涂后的种植体先后用丙酮、乙醇和纯水超声清洗15min，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0037]吹干后的种植体置于60g草酸/10ml水的草酸溶液中，沸水浴60min，迅速用沸腾蒸馏水清洗，在喷砂获得的几十个微米的起伏上酸蚀出微米的凹坑，在该微米级结的侧壁及底壁上又进步一酸蚀出尺度更小的微米级及亚微米级的凹坑结构。草酸处理，增强了表面的三维立体感，大大增大了表面积。
[0038]草酸处理后的种植体用10%质量浓度的NaOH 80°C处理5min，大量纯水冲洗，氮气吹干。在微米、亚微米结构上蚀刻纳米级网状结构。
[0039]实施例八:
表面光滑的种植体用40飞0目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂I分钟，喷涂后的种植体先后用丙酮、乙醇和纯水超声清洗15min，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0040]吹干后的种植体置于60g草酸/10ml水的草酸溶液中，沸水浴60min，迅速用沸腾蒸馏水清洗，在喷砂获得的几十个微米的起伏上酸蚀出微米的凹坑，在该微米级结的侧壁及底壁上又进步一酸蚀出尺度更小的微米级及亚微米级的凹坑结构。草酸处理，增强了表面的三维立体感，大大增大了表面积。
[0041]草酸处理后的种植体用10%质量浓度的NaOH 80°C处理lOmin，大量纯水冲洗，氮气吹干。在微米、亚微米结构上蚀刻纳米级网状结构。
[0042]实施例九:
表面光滑的种植体用40飞0目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂I分钟，喷涂后的种植体先后用丙酮、乙醇和纯水超声清洗15min，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0043]吹干后的种植体置于60g草酸/10ml水的草酸溶液中，沸水浴60min，迅速用沸腾蒸馏水清洗，在喷砂获得的几十个微米的起伏上酸蚀出微米的凹坑，在该微米级结的侧壁及底壁上又进步一酸蚀出尺度更小的微米级及亚微米级的凹坑结构。草酸处理，增强了表面的三维立体感，大大增大了表面积。
[0044]草酸处理后的种植体用10%质量浓度的NaOH 80°C处理20min，大量纯水冲洗，氮气吹干。在微米、亚微米结构上蚀刻纳米级网状结构。
[0045]实施例十:
对上面的九个实施例中得到的种植体表面都进行接触角表征发现，九个实施例中获得的表面接触角都为O，表明这九种表面都具有超亲水性。
[0046]实施例^^一:
对实施例一、二、三中的表面进行电子扫描显微镜观察，结果如图1(从左到右依次为处理 5min,1min,20min)o
[0047]实施例十二: 实施例四、五、六中获得的表面进行电子扫描显微镜观察，结果如图2(从左到右依次为处理 5min, I Omin, 20min)。
[0048]实施例十三:
实施例七、八、九中获得的表面进行电子扫描显微镜观察，结果如图3(从左到右依次为处理 5min, I Omin, 20min)。
[0049]实施例十四:
对实施例一至九中获得的表面进行XRD检测，不同浓度NaOH处理不同时间后种植体表面的物相成分一致，结果如图4。
[0050]实施例十五:
对实施例一至九所得到三维多尺度复杂结构对MC3T3-E1细胞碱性磷酸酶活性的影响。接种相同数量的细胞至不同表面，矿化诱导培养7天后裂解细胞，用碱性磷酸酶试剂盒检测裂解液中的碱性磷酸酶活性。培养于实施例所制备的九个表面上的成骨细胞ALP活性均显著高于SLA表面。结果参见图5。
[0051]实施例十六:
实施例一至九中所得到的三维多尺度复杂结构对MC3T3-E1细胞骨钙素(OC)分泌的影响。接种相同数量的细胞至不同表面，矿化诱导培养14天后收集上清液，用骨钙素ELISA试剂盒检测上清液中的骨钙素含量，实施例一至九所获得的表面可显著提高MC3T3-E1细胞骨钙素的分泌。结果参见图6。
[0052]实施例十七:
参见图7，为大肠杆菌在实施例四、五、六上的粘附情况碘化丙啶荧光染色图。接种相同数量的大肠杆菌至各表面，培养0.5h.2h.6h后用冰丙酮固定，之后用碘化丙啶染细胞核，观察粘附于表面的细菌数量。任一检测时间点上，粘附于SLA表面的细菌数量显著高于其他三个表面。
[0053]实施例十八:
参见图8，为金黄色葡萄球菌在实施例四、五、六上的粘附情况碘化丙啶荧光染色图。接种相同数量的金黄色葡萄球菌至各表面，培养0.5h、2h、6h后用冰丙酮固定，之后用碘化丙啶染细胞核，观察粘附于表面的细菌数量。任一检测时间点上，粘附于SLA表面的细菌数量显著高于其他三个表面。
【权利要求】
1.一种多尺度多孔复杂结构的种植体表面制备方法，其特征在于，通过以下步骤实现: (1)喷砂:用2(Γ80目的喷砂材料对光滑的种植体表面进行喷砂处理，喷砂压力为4?8bar，喷砂时间为1(Γ600秒，喷砂后的种植体，先后用丙酮、乙醇和纯水超声清洗15min，氮气吹干，获得十几微米到几十微米的弹坑状起伏； (2)草酸酸蚀:喷砂处理后的种植体在草酸溶液处理5?300分钟，草酸的质量浓度为30%至饱和，处理温度为60°C到沸水浴，处理后的种植体立即置于沸腾的蒸馏水中清洗，在喷砂获得的几十个微米的起伏上酸蚀出微米的凹坑，在该微米级结的侧壁及底壁上又进步一酸蚀出尺度更小的微米级及亚微米级的凹坑结构； (3)碱处理:草酸处理后的种植体用NaOH溶液处理，其中NaOH的质量浓度为0.1%至饱和，处理温度为0°C至沸腾，处理时间为0.Γ120分钟，经过碱处理，在微米级、亚微米级结构上又构建了一层纳米级的网状结构，获得多尺度多孔复杂结构的种植体表面。
2.根据权利要求1所述的一种多尺度多孔复杂结构的种植体表面制备方法，其特征在于，喷砂材料选用金钢砂、氧化铝、喷丸玻璃珠、铝珠、钢砂、钢珠、塑料砂、树脂砂、核桃砂、氧化铈或氧化锆。
3.根据权利要求1所述的一种多尺度多孔复杂结构的种植体表面制备方法，其特征在于，步骤(1)选用40?60目的喷砂材料,选用喷砂压力4?6bar,选用喷砂时间40?80秒。
4.根据权利要求1所述的一种多尺度多孔复杂结构的种植体表面制备方法，其特征在于，步骤(2)草酸溶液处理时间选用2(Γ90分钟，草酸的质量浓度选为37.5°/Γ50%，处理温度选为80°C至沸水浴。
5.根据权利要求1所述的一种多尺度多孔复杂结构的种植体表面制备方法，其特征在于，步骤(3)NaOH的质量浓度选为1%?30%，处理温度选为60°C?90°C，处理时间选为5?60分钟。
6.根据权利要求1所述的方法在制备多尺度多孔复杂结构的种植体表面中的应用。
【文档编号】C23F1/38GK104233318SQ201410501569
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月27日 优先权日:2014年9月27日
【发明者】李晓东, 罗巧洁, 查光玉 申请人:浙江大学