一种氮化硅种植体材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及口腔种植体生物材料领域，特别涉及一种氮化硅种植体材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、自1989年起氮化硅作为生物医学材料已成功应用于骨科修复，氮化硅是一种合成的非氧化物陶瓷，通常采用反应烧结、常压烧结或热压烧结等途径进行生产，植入后骨负荷小；断裂韧性约为6-8mpa·m1/2，弯曲强度可达700mpa以上，与氧化锆接近；硬度极高，莫氏硬度为9-9.5；耐高温，耐腐蚀。氮化硅不仅具有高强度的机械性能和化学稳定性，还具有优良的生物相容性和射线成像特征，是口腔种植体的理想候选材料。但是，氮化硅是一种生物惰性材料，生物活性差，往往需要表面活化才能获得稳定的种植体与骨组织的结合。除此之外，由于术中操作不规范、微生物感染等原因造成的种植体周围炎也是临床上常见的种植失败的原因，为临床诊疗带来困扰。

2、为了减少病人痛苦并提高成功率，现有技术常用抗菌涂层来阻止微生物在植体表面的粘附、定植和生物膜形成，从而减少种植体周围炎的发生率，但在抑制微生物的同时也常影响骨细胞活性，导致骨结合不良。目前针对氮化硅作为牙科种植体的研究尚不充分，没有明确的研究表明氮化硅能够有效抵御口腔细菌的侵袭，因此，亟待研发一种新型涂层使得氮化硅牙科种植体同时兼具增强的成骨活性与抗菌性能，避免临床并发症的发生。

技术实现思路

1、为改善上述技术问题，本发明提供一种氮化硅种植体材料及其制备方法和应用。具体的，本发明提供如下技术方案：

2、一种氮化硅种植体材料的前驱体，其包括氮化硅基体，所述基体表面具有多孔结构，所述表面附着有一层凝胶。

3、根据本发明的实施方案，所述氮化硅种植体材料的前驱体中，所述凝胶附着于氮化硅基体的表面以及多孔结构内。

4、根据本发明的实施方案，所述凝胶中包括磷盐、钙盐、有机溶剂、金属盐和水。

5、根据本发明的实施方案，所述有机溶剂选自乙醇、异丙醇、乙腈和乙酸乙酯中的至少一种，优选为乙醇。

6、根据本发明的实施方案，所述磷盐选自磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的至少一种。

7、根据本发明的实施方案，所述钙盐选自硝酸钙、乙酸钙、柠檬酸钙中的至少一种或多种。

8、根据本发明的实施方案，所述磷盐和钙盐中钙元素和磷元素的摩尔比为0.8-1.2。

9、根据本发明的实施方案，所述磷盐在溶剂中的质量分数为20-40％，所述溶剂为有机溶剂和水。

10、根据本发明的实施方案，有机溶剂和水的体积比为75-90:25-10。

11、根据本发明的实施方案，所述金属盐选自镁盐或锌盐中的至少一种，和铜盐或银盐中的至少一种；

12、其中，所述镁盐选自硝酸镁、磷酸镁和硫酸镁中的至少一种；

13、所述锌盐选自硝酸锌、乙酸锌、磷酸锌中的至少一种；

14、所述铜盐选自硝酸铜、氯化铜、乙酸铜中的至少一种；

15、所述银盐选自硝酸银、醋酸银中的至少一种。

16、根据本发明的实施方案，所述金属盐在水中的浓度为0.5-20mol/l。优选地，所述镁盐或锌盐在水中的浓度为10-20mol/l，铜盐或银盐在水中的浓度为为0.5-1.5mol/l。

17、一种氮化硅种植体材料，其是上述氮化硅种植体材料的前驱体的烧结产物。

18、本发明还提供上述氮化硅种植体材料的制备方法，所述方法包括：

19、(1)将氮化硅种植体基体与酸性溶液混合，得到具有多孔表层的氮化硅种植体基体；

20、(2)将具有多孔表层的氮化硅种植体基体与碱性溶液混合，使其表面的ph为7-8；

21、(3)将磷盐、钙盐、有机溶剂、金属盐和水混合陈化，得到凝胶溶液；

22、(4)将步骤(3)中的凝胶溶液与步骤(2)中处理过的氮化硅种植体基体混合，烧结，得到所述氮化硅种植体材料。

23、根据本发明的实施方案，步骤(1)中，还可以先对氮化硅种植体基体超声清洗，再与酸性溶液混合。

24、根据本发明的实施方案，步骤(1)中，混合的时间为30-60min，例如将对氮化硅种植体基体在酸性溶液中浸泡30-60min。

25、根据本发明的实施方案，步骤(1)还包括后处理步骤，将酸性溶液处理后的产物采用水洗涤，去除表面残留的强酸，例如采用水震荡清洗。

26、根据本发明的实施方案，步骤(1)中，所述酸性溶液选自氢氟酸、稀盐酸中的至少一种，优选为氢氟酸和稀盐酸的混合液；其中，所述酸性溶液为酸的水溶液；优选地，所述氢氟酸为40-60％质量分数的氢氟酸；例如所述酸性溶液为氢氟酸、稀盐酸和水的混合液，其中三者体积比为50-60:10-20:20-40。

27、根据本发明的实施方案，步骤(2)中，对碱性溶液的种类和含量不作特别限定，以使具有多孔表层的氮化硅种植体基体的表层的ph为7-8即可；例如所述碱性溶液为氨水。

28、根据本发明的实施方案，步骤(3)具体为：先将磷盐、钙盐、有机溶剂和水混合，再加入金属盐混合，得到凝胶溶液。

29、根据本发明的实施方案，步骤(3)中，陈化的温度为70-80℃，时间为4-6天。

30、根据本发明的实施方案，步骤(4)中，所述混合的时间为20-40min。

31、根据本发明的实施方案，步骤(4)中，所述混合可以是将步骤(2)中处理过的氮化硅种植体基体浸入凝胶溶液中，优选地，浸入的速率为1-2cm/min；还优选地，浸入后，将处理过的氮化硅种植体基体提出凝胶溶液，提出速率为1-2cm/min。

32、根据本发明的实施方案，步骤(4)中，烧结的温度为800-1250℃，烧结的时间为80-120min。

33、根据本发明的实施方案，步骤(4)中，烧结时的升温速率为1-2℃/min。

34、根据本发明的实施方案，步骤(4)中，烧结工序开始前，还可以对混合的产物进行干燥处理，例如，在50-60℃的真空环境中干燥24-48h。

35、作为本发明示例性的实施方案，所述氮化硅种植体材料的制备方法具体如下：

36、步骤一：将氮化硅种植体基体超声清洁后转移至酸性溶液中，浸泡30-60min，得到具有多孔表层的氮化硅种植体基体；

37、步骤二：将具有多孔表层的氮化硅种植体基体在水中振荡清洗10-15min，用氨水调节表面ph为7.0-8.0，在50-60℃的真空环境中干燥24-48h；

38、步骤三：制备前体溶液：取磷盐、钙盐、乙醇和水混合，充分搅拌，其中ca和p的元素摩尔比为0.8-1.2，得到前体溶液；

39、步骤四：制备凝胶溶液：向前体溶液中分别加入镁盐或锌盐和铜盐或银盐，混合、陈化，得到凝胶溶液；其中镁盐或锌盐浓度为10-20mol/l，铜盐或银盐浓度为0.5-1.5mol/l；

40、步骤五：将步骤二中得到的氮化硅种植体基体缓慢浸没入步骤四凝胶溶液中，保持20-40min，缓慢提出，使得氮化硅植体表面均匀覆盖薄层凝胶；并在50-60℃的真空环境中干燥24-48h；

41、步骤六：干燥后的氮化硅种植体材料在800-1250℃下烧结80-120min，获得氮化硅种植体材料。

42、本发明还提供上述方法制备得到的氮化硅种植体材料。

43、本发明还提供上述氮化硅种植体材料在牙科种植用材料中的应用。

44、本发明的有益效果：

45、本发明先将氮化硅种植体基体采用酸性溶液处理，使其表面可以形成微孔结构，有利于凝胶附着；凝胶中的镁或锌离子，有助于促进骨整合，加速募集组织中的间充质干细胞，促进增殖、成骨分化，促进种植体材料与周围组织的骨整合，提高初期稳定性；凝胶中的铜或银离子，有抗菌的作用，可以抵御术中微生物感染，减少术后种植体周围炎的发生；本发明氮化硅种植体材料中的双组分金属离子有效的解决了抗菌性能与成骨活性不能兼具的问题，同时获得增强的成骨活性与抗菌性能，为氮化硅种植体材料在牙科种植领域的广泛应用提供强有力的保证。