专利名称：植入物固定器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种典型地用于牙科学领域尤其是人造齿根领域的植入物固定器。
背景技术：
近年来，公众已将注意力投向植入物技术，通过该技术植入物固定器如人造齿根被植入到活生物体中，由此恢复丧失的功能。在牙科学领域，例如，在切开牙齿缺失部分的牙龈后，用钻头等在颚骨中形成预定大小的用于植入人造齿根的窝(fossa)。将植入物固定器放入该窝中。然后，允许植入物固定器的表面在经过一段时间后与颚骨的接触面在微观水平上整合或融合。这被称为骨整合。其后，上部结构或上面的结构(冠部)被直接或经由桥基装在植入物固定器上。在许多环境中，具体地在使用植入物固定器的口腔中，龋齿细菌与菌斑一起粘附到牙齿表面并且由碳水化合物或糖生产有机酸如乳酸，由此使牙齿结构脱钙。与其他假体如人工骨和关节相比，牙科植入物固定器被用于特殊环境，其中植入物固定器暴露于足够导致牙齿结构脱钙的酸。因此，牙科植入物固定器需要具有尤其高的耐用性，特别高的耐乳酸性。除了高的耐用性以外，也需要在骨整合、强度和安全性方面的高性能。近年来，由主要由氧化锆组成的陶瓷制成的牙科植入物固定器已经吸引了公众的注意(参见JP 2002-362972 A)。陶瓷植入物固定器具有很好的强度。另外，相比金属植入物固定器，陶瓷植入物固定器具有很好的安全性，原因在于它们不会导致对金属的变态反应。常规陶瓷植入物固定器很难获得高耐用性和良好的骨整合两者。通常，需要用于提供适当的表面粗糙度的表面修整或表面处理以改善骨整合。例如，钛植入物固定器需要通过喷砂、酸处理或两者的表面修整。如果对陶瓷植入物固定器进行这样的表面修整，则单斜晶结构暴露在植入物固定器的表面上，由此降低植入物固定器的耐用性。如果不对陶瓷植入物固定器进行这样的表面修整且表面粗糙的因此是不合适的，则骨整合度下降。考虑到上述技术问题，做出本发明。因此，本发明的目的是提供具有高耐用性并能够进行很好骨整合的植入物固定器。
发明内容
本发明的植入物固定器由包含氧化锆的陶瓷制成，并且具有I体积％以下的单斜晶百分比或单斜晶体的百分比为I体积％以下。该植入物固定器包括埋入部，所述埋入部具有I至5 μ m的算数平均粗糙度Ra。本发明的植入物固定器对乳酸等具有很好的耐受性，原因在于单斜晶体或单斜晶结构占该固定器总体积的I体积％以下，优选地O. 5体积％以下，并且更优选地O体积％。该植入物固定器的埋入部的算数平均粗糙度Ra为I至5μπι。这保证了骨和该固定器之间稳定的骨整合。优选地，该植入物固定器剖面的最大高度Rz为5至40 μ m。
此外，本发明的植入物固定器具有与活体的高亲和性和显著的相容性(高的生物亲和性和显著的生物相容性)。基于临床试验，本发明的植入物固定器明显地显示出与其他植入物固定器的显著差异。根据本发明，氧化锆含量占植入物固定器总质量的86质量％以上，优选地89质量％以上，并且更优选地92质量％以上。如果氧化锆含量落入此范围，则对乳酸等的耐受性可以进一步增加。优选地，该植入物固定器包含氧化铝。因此，甚至以低的煅烧温度也可以获得致密陶瓷。如果氧化铝不包含在陶瓷中，则致密陶瓷可以以高的煅烧温度获得，但是陶瓷的烧结粒度变大。如果煅烧温度低，则烧结粒度变小，但陶瓷密度下降。氧化铝含量优选地为植入物固定器总质量的O. 05至3质量％，更优选地O. 05至I质量％，及更优选地O. 05至O. I
质量％。本发明的植入物固定器优选地包含选自由氧化钇、二氧化铈、氧化镁和氧化钙组成的组的至少一种。尤其，优选的是，植入物固定器包含氧化钇。包含一种以上的这些组分可以使所包含的氧化锆稳定地处于正方晶系状态。这又可以抑制植入物固定器的表面以单`斜晶系结晶，由此容易地获得具有低单斜晶百分比的植入物固定器。这也可以抑制在其中植入物固定器暴露于乳酸和热水的环境下以单斜晶系结晶，由此增加该植入物固定器的耐用性。如果包含氧化钇，其含量优选地为2至4mol %。植入物固定器优选的烧结粒度为O. 45 μ m以下，更优选地O. 3 μ m以下，其更优选地0.009至0.34!11。在此烧结粒度范围中，对乳酸等的耐受性可以进一步增加。通过平面测量法测量烧结粒度。植入物固定器可以包含除氧化锆、氧化铝、氧化钇、二氧化铈、氧化镁和氧化钙外的少量组分。形成植入物固定器的陶瓷优选是致密的，其可以增加对乳酸等的耐受性并获得足够的强度。陶瓷的相对密度优选为95%以上，更优选地98%以上，且更优选地99%以上。优选地，本发明的植入物固定器具有基本不进行退火处理的表面。在本文中使用的术语“退火处理”是指在进行切割、抛光、喷砂或其他加工后用800°C以上的高温加热烧结的陶瓷。退火处理减少在烧结陶瓷的加工表面上出现的单斜晶体，但是与未加工的烧结表面相比，可能使耐用性劣化。本发明的植入物固定器典型地通过以下步骤制造。简言之，将含氧化锆的陶瓷浆料倒入植入物固定器的模具中然后让陶瓷变硬。根据上述方法，不需要以块状的形式从烧结陶瓷切出植入物固定器的形状。在植入物固定器中单斜晶百分比几乎不增加。因此，制造的植入物固定器可以具有高的耐用性。在此制造方法中，植入物固定器的表面粗糙度可以通过以下方式确定将与浆料接触的模具内表面的表面粗糙度设定为预定值。例如，模具内表面的表面粗糙度可以通过对模具内表面进行喷砂进行确定。备选地，对主模型(master model)的表面进行喷砂然后将主模型的表面粗糙度转移到模具的内表面。用于喷射的喷砂介质的平均粒度为50至500 μ m，优选地80至300 μ m。喷砂介质可以基于氧化铝、碳化硅和氧化锆。喷砂介质典型地包括钢丸(steelshot),钢粒(steel grit),微钢丸(microshot),喷丸用钢丸(peening shot), SB 超硬钢丸(ultra-hard shot),先进钢丸(advanced shot),透明钢丸(bright shot),不镑钢丸(stainless shot),招丝切丸(aluminum cut wire), AMO 珠，玻璃珠，玻璃粉，Alundum(钢招石)，金刚砂，陶瓷珠，尼龙丸(nylon shot),聚碳酸酯,三聚氰胺,尿素，胡桃丸(walnutshot),杏(apricot)和桃(peach)。从这些介质中的选择是任意的。可获得如通用吸入式喷砂机，通用直压式喷砂机(general direct pressure sandblaster),小型循环喷砂机，滚筒式小型循环喷砂机，和笔式喷砂机的喷砂机。笔式喷砂机可以优选地用于细节喷砂(detailed blasting)。典型的喷砂压力为O. 2至I. 2Kgf/cm2，其取决于所用喷砂介质的材料和粒度。在上述制造方法中使用的浆料包含，例如，陶瓷粉和用于硬化浆料的粘合剂。该浆料还可以包含用于粘度调节的水溶性聚合物，各种溶剂，和用于迅速分散和润湿的表面活性剂。本文所用粘合剂典型地包括热固粘合剂如环氧树脂，聚酯，酚醛树脂，三聚氰胺树
月旨，聚酰亚胺，氰酸酯树脂，邻苯二甲酸二烯丙酯树脂，有机硅树脂，异氰酸酯树脂，和这些树脂的改性树脂。备选地可以使用这些树脂的乳状液。此外，可以使用热胶凝粘合剂如蛋白和淀粉。用于所述浆料的溶剂例如是，水，芳烃溶剂，脂肪族溶剂，酯或酮系溶剂。可以通过以下方式制备浆料将陶瓷粉、粘合剂和其他组分混合在溶剂中，充分分散并使用球磨将它们捏合，然后进行真空消泡。在上述制造方法中使用的模具优选地由可弹性变形且可拉伸的材料制成。因此，该模具可以根据植入物固定器的形状(甚至复杂的形状)而变形，由此使植入物固定器能够容易从模具中取出。模具的材料典型地包括蜡、泡沫聚苯乙烯，天然橡胶，丁苯橡胶，丁腈橡胶，氯丁二烯橡胶，乙烯丙烯橡胶，硅橡胶，聚氨酯橡胶，氟橡胶，酚醛树脂和环氧树脂。本发明的植入物固定器可用作牙科用途的人造齿根并且也可用作矫形外科、整形外科和口腔外科领域中的人工骨。
通过在结合附图考虑时参考以下详述，本发明的这些及其他目的以及许多伴随的优势将容易被理解并得到更好的了解。图I是用于说明本发明的植入物固定器形状的图示。图2是用于说明模具的制造方法的图示。图3是显示所述模具的构造的立体图。
具体实施例方式现在，以下将参照附图来详细描述本发明的实施方案。I.植入物固定器的制造(I)主模型的制造将SUS(不锈钢)材料制成公知的植入物固定器的形状。将此用作主模型。主模型的尺寸通过将制成的植入物固定器的尺寸乘以预定的大于I的系数来确定。这是因为陶瓷在之后所述的煅烧过程中收缩。该预定的系数根据所用陶瓷浆料的组成而不同。在此实施方案中，该系数优选为I. 3。接下来，对主模型的表面进行喷砂。经喷砂的主模型的表面粗糙度(算数平均粗糙度Ra和最大高度Rz)被确定为以致制成的植入物固定器的埋入部可以具有的表面粗糙度具体为算数平均粗糙度Ra为I至5μπι且最大高度Rz为5至40 μ m。在“JISB0601” (2001版)中规定了算数平均粗糙度Ra和最大高度Rz。在I至5μπι的Ra范围内，可以获得良好的骨整合。尤其，如果Ra为I至5 μ m且Rz为5至40 μ m，则骨整合可以进一步得到改善。落在以上确定的范围内的主模型的表面粗糙度可以容易地通过以下方式确定制造若干种具有对应于主模型的不同表面粗糙度的不同表面粗糙度的植入物固定器，并了解在主模型和制成的植入物固定器的表面粗糙度之间的相互关系。主模型的算数平均粗糙度Ra和最大高度Rz可以被确定为是制成的植入物固定器的算数平均粗糙度Ra和最大高度Rz的约I. 3倍大，如前所述。图I显示植入物固定器(S卩，主模型)的形状。植入物固定器I整体上呈棒形。植入物固定器I包括要被埋入活生物体中的埋入部Ia和暴露在活生物体外并安装有上部`结构(未显示)的暴露部lb。埋入部Ia呈棒形，更具体地，圆柱形，其直径向其尖端变小。具有六角形截面的螺母部3在埋入部Ia的上端附近埋入部Ia的外表面上形成。埋入部Ia通过用扳钳或扳手啮合螺母部3并旋转埋入部Ia而被拧入活生物体中。螺纹对9和槽11形成在埋入部Ia除螺母部3以外的外表面中。具体地，螺纹对9呈螺旋形地形成在埋入部Ia的外表面上。螺纹对9包括以给定的相互间隔平行布置的第一螺纹13和第二螺纹15。槽11被限定为夹在第一和第二螺纹13、15之间。(2)模具的制造参照图2和3，以下描述如何制造模具。如在图2中所示，将如在上述(I)中所述那样制造的主模型21放置在台座23上，台座23具有比主模型21更宽的水平表面。在图2中，主模型21的形状被简化。接下来，将具有开口端(顶部和底部)的呈中空圆柱形的外模25环绕主模型21和台座23安装以将主模型21和台座23接纳入其中。台座23的外表面23a与外模25的内表面紧密接触，其间没有间隙。接下来，将要通过反应触发而硬化的液体硅橡胶放入外模25中。自液体橡胶已被放入外模25中经过24小时后，将硬化的硅橡胶的模具27从外模25拉出(见图2)。模具27具有在形状上对应于倒转的主模型21的凹部27a。因为模具27由弹性且可拉伸材料制成，所以它可以容易地变形和拉伸。(3)陶瓷浆料的制备陶瓷浆料通过混合以下组分制备陶瓷粉100质量份水30质量份酯树脂乳状液(丙烯酸甲酯):9质量份酯系溶剂(二甘醇丁醚乙酸酯)3质量份氨水被适当添加以致陶瓷浆料的pH可以为9至IO。由Tosoh Corporation 生产的“TZ-3Y-E”(商品名)被用作陶瓷粉。”TZ-3Y-E”主要由93至94. 9质量％的氧化锆组成。它还含有4. 95至5. 35质量％的氧化钇和O. 15至O. 35质量％的氧化铝。(4)植入物固定器的制造将在上述(3)中制备的浆料倒入在上述(2)中制造的模具27的凹部27a中。然后，在70°C加热模具27以使浆料硬化。将硬化的浆料(尚未煅烧的陶瓷)从模具27拉出并在常温静置24小时以干燥。然后，将尚未煅烧的陶瓷在1300°C煅烧以完成植入物固定器。如果煅烧温度超过1400°C，则在一些情况下包含在植入物固定器中的氧化锆的烧结粒度变得更大或过大，由此降低植入物固定器的耐用性。因此，植入物固定器可能由于水、乳酸等而劣化。2.制成的植入物固定器的评估评估通过如上所述的制造方法制造的制成的植入物固定器的稠密性、单斜晶百分比(单斜晶体的百分比)、表面粗糙度和烧结粒度。结果如下稠密性99%以上的相对密度单斜晶百分比O体积％烧结粒度0.15μ m算数平均粗糙度Ra : I至5 μ m最大高度Rz :5至40 μ m稠密性通过如在JIS R1634中所述的那样测量松密度来评估，并用测得的松密度的值除以理论密度。单斜晶百分比通过X射线分析评估。烧结粒度通过平面测量法评估。以下详细描述平面测量法。通过扫描电子显微镜(SEM)给陶瓷的烧结表面或镜面抛光表面照相。面积为A的圆显示在照片上。包含在该圆中的颗粒的数目(排除在该圆的圆周上重合的那些颗粒)被定义为Na，在该圆的圆周上重合的颗粒的数目被定义为Nb，而SEM的放大倍数被定义为M。平均粒度D计算如下且因此计算得到的平均粒度被认为是烧结粒度。圆中的颗粒数目Ne Nc = Na+(1/2) X Nb颗粒数目/单位面积Ng Ng = Ne/ (A/M2)平均粒度D :D = V (1/Ng)在此计算中，考虑到一个颗粒占据Ι/Ng的面积，颗粒的截面形状被认为是方形。M被设置为8000以上而所述圆被画成保持Ne彡100的关系。如果这样的圆不能被画在照片上，则降低放大倍数然后再次进行照相。如果以8000的放大倍数不能将满足Ne彡100的关系的圆画在照片上，则拍摄多个互不重叠的照片并且将圆画在每张照片上。每个圆的Ne的总Nct应当满足Nct彡100的关系。然后，Ng计算如下颗粒数目/单位面积Ng Ng = Net/ (At/M2)其中Nct表示每个圆的Ne总数而At表示每个圆的总面积A表面粗糙度通过符合“JIS B0601” (2001版)的方法测量。3.植入物固定器优点(耐用性)的确认试验(I)样品的制备⑴样品A样品A通过与制备如上所述的植入物固定器的方法基本相同的方法制备。样品A呈板状，其尺寸为30mmX5mmX2mm。样品A的稠密性(相对密度)为99%以上，而其烧结粒度为O. 15 μ m。样品A的算数平均粗糙度Ra为I. 6 μ m而其最大高度Rz为21 μ m。(ii)样品 B样品B通过与样品A基本相同的方法制备，但是煅烧温度不是1300°C而是14000C。样品B的稠密性(相对密度)为99%以上而其烧结粒度为O. 28 μ m。样品B的算数平均粗糙度Ra为I. 8 μ m而其最大高度Rz为21 μ m。(iii)样品 C样品C通过与样品A基本相同的方法制备，但是煅烧温度不是1300°C而是15500C。样品C的稠密性(相对密度)为99%以上而其烧结粒度为O. 41 μ m。样品C的算数平均粗糙度Ra为I. 5 μ m而其最大高度Rz为14 μ m。(iv)样品 R前驱体通过与样品A基本相同的方法制备，但是前驱体呈板状，其尺寸为`30. lmmX5. lmmX2. 1mm。该前驱体的一个表面被用平面抛光机抛光然后对其进行喷砂。此表面是之后其单斜晶百分比被测量的表面。结果，将样品R制备成具有30mmX5mmX2mm的尺寸。将平均粒度为280 μ m的陶瓷珠用作喷砂介质。喷砂压力为O. 5Kgf/cm2。笔式喷砂机被用于喷砂。样品R的稠密性(相对密度)为99%以上而其烧结粒度为O. 15 μ m。样品R的算数平均粗糙度Ra为2. 2 μ m而其最大高度Rz为16 μ m。(V)样品 X首先，制备样品R。然后，对其进行退火处理以降低单斜晶百分比。因此，样品X被制备。退火处理在1000°c的煅烧温度下进行两小时。样品X的稠密性(相对密度)为99%以上而其晶体粒度为O. 15 μ m。样品X的算数平均粗糙度Ra为2. 2 μ m而其最大高度Rz为22 μ m0(2)试验方法测量每个样品的单斜晶百分比(体积％ )。然后，将每个样品浸入温度为35°C的1% L-乳酸溶液中。在浸溃开始后的一天、十天、一个月、三个月和六个月测量每个样品的单斜晶百分比。(3)试验结果试验结果显示在以下的表I中。表I
I单斜晶百分比(体积％)
ππIIIII
_浸溃前I天后10天后I个月后3个月后6个月后
A OO O__0__O__O_
_2] B_OO__0__O__O__O_
C_ 00 0__O_2__9_
^_35 10__25__塌陷
X OO 丨0 !2_[_8_ 15注意“塌陷”表示样品的表面塌陷而无法测量单斜晶百分比。
如从表中清晰可知，与样品R相比，样品A、B和C各自显示低得多的单斜晶百分t匕。此外，样品A、B和C的单斜晶百分比甚至在长时间浸溃在乳酸溶液中后也几乎不增加。尤其，样品A和B (在1400°C以下煅烧并具有O. 3 μ m以下的烧结粒度)最显示此趋势。与样品A和B对比，样品R具有抛光的表面并且在浸溃前显示高的初始单斜晶百分比。当样品R被浸溃在乳酸溶液中时，其单斜晶百分比快速增加，并且样品R的表面在浸溃开始6个月后塌陷。显示低的初始单斜晶百分比的样品A、B和C的单斜晶百分比甚至在浸溃在乳酸溶液中后也几乎不增加。已经确认，样品A、B和C具有极好的耐用性并且它们具有适当的表面粗糙度。植入物固定器I实际被植入并用于活生物体中。它对乳酸等具有极好的耐受性。植入物固定器I具有与活生物体的高亲和性和高相容性(高的生物亲和性和高的生物相容性)。4.植入物固定器优点(骨整合)的确认试验(I)样品的制备⑴样品Aa样品Aa通过与样品A基本相同的方法制备。样品Aa的形状与前述的植入物固定器的形状基本相同。要被埋入骨中的部分呈螺丝形，其直径Φ为3. Omm而长度为9mm，并且螺距为I. 2mm而槽深度为O. 4mm。样品Aa的算数平均粗糙度Ra为2. O μ m而其最大高度Rz 为 23 μ m。(ii)样品 Ba样品Ba通过与样品B基本相同的方法制备。样品Ba的形状与样品Aa的形状基本相同。样品Ba的算数平均粗糙度Ra为I. 8 μ m而其最大高度Rz为22 μ m。(iii)样品 Ca样品Ca通过与样品C基本相同的方法制备。样品Ca的形状与样品Aa的形状基本相同。样品Ca的算数平均粗糙度Ra为I. 7 μ m而其最大高度Rz为18 μ m。(iv)样品 Xa样品Xa通过与样品X基本相同的方法制备。样品Xa的形状与样品Aa的形状基本相同。样品Xa的算数平均粗糙度Ra为2. 2 μ m而其最大高度Rz为23 μ m。(V)样品 Ya样品Ya通过与样品Aa基本相同的方法制备。在样品的制备期间，对主模型21的表面不进行喷砂。样品Ya的算数平均粗糙度Ra为O. 3 μ m而其最大高度Rz为2 μ m。⑵试验方法将每种样品植入至一岁或两岁小猎犬的下颌第二磨牙中。四周后，将其中植入有样品的狗的颚骨取出。然后，将颚骨固定并测量将植入的样品从颚骨中取出所需的扭矩。具体地，利用植入物固定器专用的与扭矩计相连的起子将样品从颚骨取出。由扭矩计检测到的经由起子的最大扭矩被定义为拔出扭矩强度(pulling torque strength)。对每种样品进行试验，N = 3。(3)试验结果以下显示了测得的每种样品的拔出扭矩强度。以下显示的数值是N = 3时的平均值。样品Aa :32N · cm(牛顿厘米)样品Ba :29N · cm样品Ca 28N · cm样品Xa :32N · cm样品Ya:16N*cm拔出扭矩强度是反映所获得的骨整合的测量值。如从试验结果中清楚可见，骨整合根据表面粗糙度而有所不同。与具有小的表面粗糙度的样品Ya相比，具有大的表面粗糙度的其他样品获得更好的骨整合并被稳定地固定在颚骨中。本发明不限于目前所述实施方案。对本发明所属技术领域的技术人员来说显然的`是实施例实施方案以及本发明的其他实施方案的各种改型被认为包括在本发明的精神和范围内。例如，主模型的材料不限于SUS，并且可以使用其他金属如黄铜。图I所示植入物固定器I是一体式植入物固定器，其包括为一整体的埋入部Ia和暴露部lb。植入物固定器的形状不限于图I中所示的形状。可以使用任意形状。例如，可以使用两件式植入物固定器，其包括单独的埋入部和单独的暴露部。在此情况中，埋入部充当植入物固定器而暴露部充当桥基。阴螺纹设置在植入物固定器中而阳螺纹设置在桥基中。桥基可以通过将桥基的阳螺纹拧到植入物固定器的阴螺纹中而固定在植入物固定器上。植入物固定器的制造方法不限于本文所述的方法。可以使用其他方法。例如，根据图I所示形状将烧结陶瓷磨制成形，然后对其进行退火处理。根据此备选方法，烧结陶瓷中的单斜晶百分比在磨制后即刻变高。通过退火处理可以使单斜晶百分比下降。然而，相比于通过备选方法制造的植入物固定器，如前所述那样制造的植入物固定器具有更高的对乳酸等的耐受性。
权利要求
1.一种由包含氧化锆的陶瓷制成的植入物固定器，所述植入物固定器具有I体积％以下的单斜晶百分比并且包括算数平均粗糙度Ra为I至5 μ m的埋入部。
2.根据权利要求I所述的植入物固定器，其中所述氧化锆含量占所述植入物固定器的总质量的86质量％以上。
3.根据权利要求I所述的植入物固定器，其中所述植入物固定器还包含氧化铝。
4.根据权利要求2所述的植入物固定器，其中所述植入物固定器还包含氧化铝。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的植入物固定器，其中所述植入物固定器还包含氧化钇。
6.根据权利要求I至4中任一项所述的植入物固定器，其中所述植入物固定器的烧结粒度为O. 45 μ m以下。
7.根据权利要求I至4中任一项所述的植入物固定器，其中所述植入物固定器还包含氧化钇并且具有O. 45 μ m以下的烧结粒度。
全文摘要
一种由包含氧化锆的陶瓷制成的植入物固定器。所述植入物固定器具有1体积％以下的单斜晶百分比。所述植入物固定器包括算数平均粗糙度Ra为1至5μm的埋入部。在所述植入物固定器中氧化锆含量占86质量％以上。所述植入物固定器包含氧化铝和/或氧化钇。此外，所述植入物固定器的烧结粒度为0.45μm以下。
文档编号A61L27/10GK102872477SQ201210243640
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月13日 优先权日2011年7月15日
发明者柏原建记, 后藤铁郎, 出口干人, 吉本龙一, 堀弘二, 伊藤充雄 申请人:菊水化学工业株式会社, 株式会社松风