专利名称：表面沉积钙磷生物陶瓷的牙齿矫形丝及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种口腔正畸治疗用的牙齿矫形丝，特别是涉及一种表面具有良好生物相容性的钙磷生物陶瓷涂层的牙齿矫形丝及其制备方法，属于医疗器械技术领域。
背景技术：
用于口腔正畸治疗的牙齿矫治器主要包括托槽、颊面管和牙齿矫形丝等，其中，牙齿矫形丝是关键部件，要贯穿托槽并围绕着所有需要整形的牙齿。牙齿矫形丝通常用镍钛记忆合金或不锈钢材料等制备，尽管这些材料具有很好的耐腐蚀性能，但由于正畸治疗周期较长，一般在半年以上，在正畸治疗过程中因口腔环境对牙齿矫形丝的腐蚀作用，会有金属离子从矫形丝中不断释放出来，造成口腔异味。此外，牙齿矫形丝一般安放在口腔中的暴露位置，其外观通常呈金属本身或表面氧化膜的颜色，即金属光泽或暗灰色，与牙齿的白色在视觉上有很大的反差，长期使用对患者特别是女性患者的面部美观带来较大的影响，这无疑会给患者带来心理压力。
牙齿的主要无机质是磷酸钙、羟基磷灰石、掺入CO32-离子的类骨磷灰石和磷酸八钙等钙磷陶瓷，如果在牙齿矫形丝表面涂覆一层钙磷生物陶瓷，可减少牙齿矫形丝在口腔环境下金属离子的溶出，提高矫形丝在口腔中的生物相容性和耐腐蚀性能。同时，钙磷陶瓷的颜色与牙齿相近，可以使牙齿矫形丝外观呈现理想的牙白色。通常，钙磷陶瓷涂层采用等离子喷涂方法制备，但该方法对截面直径一般要小于0.5mm的牙齿矫形丝显然不合适，特别是该过程的高温处理会改变镍钛记忆合金矫形丝的记忆性能和超弹性。因此，目前还没有表面具有钙磷生物陶瓷涂层的理想的牙齿矫形丝可以应用。
发明内容
技术问题本发明的目的是针对目前牙齿矫形丝存在的上述不足，提供一种表面沉积钙磷生物陶瓷的牙齿矫形丝及其制备方法，该牙齿矫形丝外观呈理想的牙白色，其表面钙磷生物陶瓷涂层具有理想的双层结构，可有效减少口腔环境下矫形丝中金属离子的溶出，提高了矫形丝在口腔中的生物相容性和耐腐蚀性能。
技术方案；本发明通过以下技术方案加以实现表面沉积钙磷生物陶瓷的牙齿矫形丝，其金属基体表面有一层生物相容性良好的钙磷生物陶瓷涂层，外观呈牙白色。所述及的钙磷生物陶瓷涂层具有双层结构，由与牙齿矫形丝金属基体接触的磷酸钙非晶底层和类骨磷灰石晶相表面层组成，磷酸钙非晶底层厚度为1-10μm；类骨磷灰石晶相表面层厚度为10-50μm。
本发明的表面沉积钙磷生物陶瓷的牙齿矫形丝的制备方法包括如下步骤1)首先用镍钛记忆合金或不锈钢材料加工好牙齿矫形丝；2)将牙齿矫形丝进行表面活化处理，然后通过两步仿生沉积处理，在牙齿矫形丝表面获得由磷酸钙非晶底层和类骨磷灰石晶相表面层依次组成的钙磷生物陶瓷层；上述制备方法中所述及的牙齿矫形丝用镍钛记忆合金或不锈钢制成，其结构形式可以是现有技术中的任何一种或其它新的形式，本发明不再赘述。
本发明所采用的钙磷生物陶瓷涂层的仿生制备方法简单易行，无需专用设备，整个过程全部在较低温度下完成，特别适用于镍钛记忆合金牙齿矫形丝，对镍钛记忆合金矫形丝的记忆性能和超弹性无影响。
所述的表面活化处理采用浓度为10-60％的沸腾的H2O2水溶液，处理时间为10-90分钟，取出冲洗后，再浸泡在温度为30-80℃、浓度为1-10M的NaOH水溶液中6-48小时。
所述的两步仿生沉积处理包括如下步骤1)制备仿生钙化溶液A仿生钙化溶液A按离子浓度计的有效成分含量钠离子500-850mM、镁离子4.5-6.0mM、钙离子10.0-13.5mM、氯离子500-800mM、磷酸氢根离子4.0-6.0mM、碳酸氢根离子15.0-30.0mM；2)制备仿生钙化溶液B仿生钙化溶液B按离子浓度计的有效成分含量钠离子100.0-180.0mM、钾离子4.0-5.5mM、镁离子3.0-4.5mM、钙离子2.0-3.5mM、氯离子80.0-150.0mM、磷酸氢根离子0.5-1.5mM、碳酸氢根离子6.5-12.0mM、硫酸根离子0.5-1.0mM；3)磷酸钙非晶底层仿生沉积处理将表面活化处理过的牙齿矫形丝浸入温度为10-30℃仿生钙化溶液A中，在搅拌条件下，仿生沉积处理12-36小时后取出，清洗，干燥，牙齿矫形丝表面获得厚度1-10μm、致密的磷酸钙非晶层；4)类骨磷灰石晶相表面层仿生沉积处理将表面具有磷酸钙非晶层的牙齿矫形丝浸入温度为30-50℃仿生钙化溶B中，仿生沉积处理12-72小时取出，清洗，干燥，牙齿矫形丝表面磷酸钙非晶底层上进一步沉积厚度为10-50μm、多孔的类骨磷灰石晶相表面层。
有益效果本发明的优点和积极效果如下(1)本发明表面沉积钙磷生物陶瓷的牙齿矫形丝外观呈现理想的牙白色，其表面钙磷生物陶瓷涂层可有效减少口腔环境下矫形丝中金属离子的溶出，提高矫形丝的生物相容性和耐腐蚀性能。
(2)本发明牙齿矫形丝表面的钙磷生物陶瓷涂层具有理想的双层结构钙磷非晶底层薄而致密，与金属基体结合牢固，并可作为“晶核基面”促进类骨磷灰石晶相表面层的沉积生长。该钙磷生物陶瓷涂层与矫形丝金属基体的结合强度高。
(3)本发明所采用的钙磷生物陶瓷涂层的仿生制备方法简单易行，无需专用设备，整个过程全部在较低温下完成，特别适用于镍钛记忆合金牙齿矫形丝，对镍钛记忆合金矫形丝的记忆性能和超弹性无影响。
具体实例方式实施例1表面沉积钙磷生物陶瓷的镍钛记忆合金牙齿矫形丝，在结果上，该镍钛记忆合金牙齿矫形丝的金属基体表面有一层生物相容性良好的钙磷生物陶瓷涂层，外观呈牙白色。钙磷生物陶瓷涂层具有双层结构，由与镍钛记忆合金基体接触的磷酸钙非晶底层和类骨磷灰石晶相表面层组成，磷酸钙非晶底层厚度为1.5-2.0μm；类骨磷灰石表面层厚度为15-20μm。其制备步骤如下1)首先用医用镍钛记忆合金加工好牙齿矫形丝；2)牙齿矫形丝表面活化处理将镍钛记忆合金牙齿矫形丝依次用丙酮、70％的酒精、蒸馏水超声清洗后，采用浓度为20％的沸腾的H2O2水溶液处理，处理时间为45分钟，取出冲洗后，再浸泡在温度为30-50℃、4M的NaOH水溶液中24-36小时后，取出蒸馏水冲洗，70℃干燥。
3)磷酸钙非晶底层仿生沉积处理将表面活化处理过的牙齿矫形丝浸入温度为20℃仿生钙化溶液A中，仿生钙化溶液A按离子浓度计的有效成分含量为钠离子610mM、镁离子4.5mM、钙离子12.5mM、氯离子610.0mM、磷酸氢根离子5.0mM、碳酸氢根离子18.0mM。仿生钙化溶液A采用磁力搅拌器搅动，仿生沉积处理12-24小时后取出，蒸馏水超声清洗，室温干燥，牙齿矫形丝表面获得厚度1.5-2.0μm、致密的磷酸钙非晶层。
4)类骨磷灰石晶相表面层仿生沉积处理将表面具有磷酸钙非晶层的牙齿矫形丝浸入温度为30℃仿生钙化溶液B中，仿生钙化溶液B按离子浓度计的有效成分含量钠离子120.0mM、钾离子5.0mM、镁离子3.5mM、钙离子2.5mM、氯离子120.0mM、磷酸氢根离子1.0mM、碳酸氢根离子11.0mM、硫酸根离子0.5mM。仿生沉积处理12-36小时取出，蒸馏水超声清洗，室温干燥，牙齿矫形丝表面磷酸钙非晶底层上进一步沉积厚度为15-20μm、多孔的类骨磷灰石晶相表面层。
5)最后，将具有钙磷生物陶瓷涂层的镍钛记忆合金牙齿矫形丝清洗、消毒、备用。
实施例2一种表面沉积钙磷生物陶瓷的不锈钢牙齿矫形丝，在结果上，该不锈钢牙齿矫形丝的金属基体表面有一层生物相容性良好的钙磷生物陶瓷涂层，外观呈牙白色。钙磷生物陶瓷涂层具有双层结构，由与不锈钢基体接触的磷酸钙非晶底层和类骨磷灰石晶相表面层组成，磷酸钙非晶底层厚度为7.5-9.0μm；类骨磷灰石表面层厚度为40-50μm。其制备步骤如下1)首先用医用不锈钢材料加工好牙齿矫形丝；2)牙齿矫形丝表面活化处理将不锈钢牙齿矫形丝依次用丙酮、70％的酒精、蒸馏水超声清洗后，采用浓度为50％的沸腾的H2O2水溶液处理，处理时间为60分钟，取出冲洗后，再浸泡在温度为30-40℃、浓度为2M的NaOH水溶液中12-24小时。
3)磷酸钙非晶底层仿生沉积处理将表面活化处理过的牙齿矫形丝浸入温度为30℃仿生钙化溶液A中，仿生钙化溶液A按离子浓度计的有效成分含量为钠离子610mM、镁离子4.5mM、钙离子12.5mM、氯离子610.0mM、磷酸氢根离子5.0mM、碳酸氢根离子18.0mM。仿生钙化溶液A采用磁力搅拌器搅动，仿生沉积处理30-36小时后取出，蒸馏水超声清洗，室温干燥，牙齿矫形丝表面获得厚度7.5-9.0μm、致密的磷酸钙非晶层。
4)类骨磷灰石晶相表面层仿生沉积处理将表面具有磷酸钙非晶层的牙齿矫形丝浸入温度为50℃仿生钙化溶B中，仿生钙化溶液B按离子浓度计的有效成分含量钠离子120.0mM、钾离子5.0mM、镁离子3.5mM、钙离子2.5mM、氯离子120.0mM、磷酸氢根离子1.0mM、碳酸氢根离子11.0mM、硫酸根离子0.5mM。仿生沉积处理64-72小时取出，蒸馏水超声清洗，室温干燥，牙齿矫形丝表面磷酸钙非晶底层上进一步沉积厚度为40-50μm、多孔的类骨磷灰石晶相表面层。
5)最后，将具有钙磷生物陶瓷涂层的不锈钢牙齿矫形丝清洗、消毒、备用。
实施例3一种表面沉积钙磷生物陶瓷的镍钛记忆合金牙齿矫形丝，在结果上，该镍钛记忆合金牙齿矫形丝的金属基体表面有一层生物相容性良好的钙磷生物陶瓷涂层，外观呈牙白色。钙磷生物陶瓷涂层具有双层结构，由与镍钛记忆合金基体接触的磷酸钙非晶底层和类骨磷灰石晶相表面层组成，磷酸钙非晶底层厚度为7.5-9.0μm；类骨磷灰石表面层厚度为40-50μm。其制备步骤如下1)首先用医用镍钛记忆合金加工好牙齿矫形丝；2)牙齿矫形丝表面活化处理将镍钛记忆合金牙齿矫形丝依次用丙酮、70％的酒精、蒸馏水超声清洗后，采用浓度为30％的沸腾的H2O2水溶液处理，处理时间为90分钟，取出冲洗后，再浸泡在温度为60-70℃、浓度为8M的NaOH水溶液中24-36小时。
3)磷酸钙非晶底层仿生沉积处理将表面活化处理过的牙齿矫形丝浸入温度为30℃仿生钙化溶液A中，仿生钙化溶液A按离子浓度计的有效成分含量为钠离子610mM、镁离子4.5mM、钙离子12.5mM、氯离子610.0mM、磷酸氢根离子5.0mM、碳酸氢根离子18.0mM。仿生钙化溶液A采用磁力搅拌器搅动，仿生沉积处理24-36小时后取出，蒸馏水超声清洗，室温干燥，牙齿矫形丝表面获得厚度7.5-9.0μm、致密的磷酸钙非晶层。
4)类骨磷灰石晶相表面层仿生沉积处理将表面具有磷酸钙非晶层的牙齿矫形丝浸入温度为50℃仿生钙化溶B中，仿生钙化溶液B按离子浓度计的有效成分含量钠离子120.0mM、钾离子5.0mM、镁离子3.5mM、钙离子2.5mM、氯离子120.0mM、磷酸氢根离子1.0mM、碳酸氢根离子11.0mM、硫酸根离子0.5mM。仿生沉积处理48-64小时取出，蒸馏水超声清洗，室温干燥，牙齿矫形丝表面磷酸钙非晶底层上进一步沉积厚度为40-50μm、多孔的类骨磷灰石晶相表面层。
5)最后，将具有钙磷生物陶瓷涂层的镍钛记忆合金牙齿矫形丝清洗、消毒、备用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，还可在上述说明的基础上做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有实施方式予以穷举，而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种表面沉积钙磷生物陶瓷的牙齿矫形丝，其特征在于牙齿矫形丝的金属基体表面有一层生物相容性良好的钙磷生物陶瓷涂层，所述的钙磷生物陶瓷涂层具有双层结构，即由与牙齿矫形丝金属基体接触的磷酸钙非晶底层和类骨磷灰石晶相表面层组成，磷酸钙非晶底层厚度为1-10μm；类骨磷灰石晶相表面层厚度为10-50μm。
2.一种如权利要求1所述的表面沉积钙磷生物陶瓷的牙齿矫形丝的制备方法，其特征在于制备的方法为1)首先用镍钛记忆合金或不锈钢材料加工好牙齿矫形丝；2)将牙齿矫形丝进行表面活化处理，然后通过两步仿生沉积处理，在牙齿矫形丝表面获得由磷酸钙非晶底层和类骨磷灰石晶相表面层依次组成的钙磷生物陶瓷层；
3.如权利要求2所述的表面沉积钙磷生物陶瓷的牙齿矫形丝的制备方法，其特征在于两步仿生沉积处理包括如下步骤1)制备仿生钙化溶液A仿生钙化溶液A按离子浓度计的有效成分含量钠离子500-850mM、镁离子4.5-6.0mM、钙离子10.0-13.5mM、氯离子500-800mM、磷酸氢根离子4.0-6.0mM、碳酸氢根离子15.0-30.0mM；2)制备仿生钙化溶液B仿生钙化溶液B按离子浓度计的有效成分含量钠离子100.0-180.0mM、钾离子4.0-5.5mM、镁离子3.0-4.5mM、钙离子2.0-3.5mM、氯离子80.0-150.0mM、磷酸氢根离子0.5-1.5mM、碳酸氢根离子6.5-12.0mM、硫酸根离子0.5-1.0mM；3)磷酸钙非晶底层仿生沉积处理将表面活化处理过的牙齿矫形丝浸入温度为10-30℃仿生钙化溶液A中，在搅拌条件下，仿生沉积处理12-36小时后取出，清洗，干燥，牙齿矫形丝表面获得厚度1-10μm的磷酸钙非晶层；4)类骨磷灰石晶相表面层仿生沉积处理将表面具有磷酸钙非晶层的牙齿矫形丝浸入温度为30-50℃仿生钙化溶B中，仿生沉积处理12-72小时取出，清洗，干燥，牙齿矫形丝表面磷酸钙非晶底层上进一步沉积厚度为10-50μm的类骨磷灰石晶相表面层。
4.如权利要求2所述的表面沉积钙磷生物陶瓷的牙齿矫形丝的制备方法，其特征在于表面活化处理采用浓度为10-60％的沸腾的H2O2水溶液，处理时间为10-90分钟，取出冲洗后，再浸泡在温度为30-80℃、浓度为1-10M的NaOH水溶液中6-48小时。
全文摘要
本发明涉及一种口腔正畸治疗用的牙齿矫形丝，特别是涉及一种表面具有良好生物相容性的钙磷生物陶瓷涂层的牙齿矫形丝及其制备方法，在牙齿矫形丝的金属基体表面有一层生物相容性良好的钙磷生物陶瓷涂层，所述的钙磷生物陶瓷涂层具有双层结构，即由与牙齿矫形丝金属基体接触的磷酸钙非晶底层和类骨磷灰石晶相表面层组成，磷酸钙非晶底层厚度为1－10μm；类骨磷灰石晶相表面层厚度为10－50μm。制备的方法为首先用镍钛记忆合金或不锈钢材料加工好牙齿矫形丝；将牙齿矫形丝进行表面活化处理，然后通过两步仿生沉积处理，在牙齿矫形丝表面获得由磷酸钙非晶底层和类骨磷灰石晶相表面层依次组成的钙磷生物陶瓷层。
文档编号A61C7/00GK1557263SQ20041001392
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月16日 优先权日2004年1月16日
发明者储成林, 林萍华, 浦跃朴, 薛小燕, 沈刚 申请人:东南大学, 扬州市亚华生物科技发展有限公司