專利名稱：能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根，特別涉及一種選用純鈦
或鈦合金加工基體，采用堿液水熱合成技術(shù)獲得微孔鈦酸鈉生物活性涂層，通過溶液浸漬 離子交換摻鈰，使用離心負(fù)載技術(shù)負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白的人工牙根及其制備方法，屬于人 工牙根材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人工種植牙在國際上被認(rèn)為是牙齒缺失的首選修復(fù)手段，它在功能、形態(tài)、使用效 果等方面與真牙類似，可以稱之為"仿真牙"。種植牙由人工牙根和烤瓷牙冠組成，純鈦以及 它的合金廣泛用于牙科植入體人工牙根的制造。然而，普通的二氧化鈦層沒有足夠的活性 與骨直接形成聯(lián)系，有時候轉(zhuǎn)化為缺乏骨整合使得長期植入失敗。植入體表面形貌和化學(xué) 特征改性被證明是一種提高骨整合的有效手段，是一種可確保骨接觸式植入體穩(wěn)定性的可 靠途徑。 稀土元素鈰有良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性，可以通過高溫、高壓以及濾過等方法進(jìn)行 滅菌。鈰元素具有多種生物學(xué)效應(yīng)高濃度的鈰通過軟化細(xì)胞壁將其分離，并逐步使原生質(zhì) 溢出，進(jìn)而達(dá)到抑制細(xì)菌生長的目的；它還可能會固定燒傷時產(chǎn)生的脂蛋白混合物，阻止其 進(jìn)入體內(nèi)，從而減輕炎性反應(yīng)，并能防止燒傷后的免疫抑制現(xiàn)象，使組織受到的損傷不會進(jìn) 一步加重；可通過促進(jìn)DNA無誤修復(fù)和阻斷致突變物對正常DNA損傷等方式來達(dá)到抗突變 作用。 骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)是廣泛存在于骨基質(zhì)中的一種低分子糖蛋白多肽，可以作 用于間充質(zhì)細(xì)胞表面受體，誘導(dǎo)血管周圍的未分化間充質(zhì)細(xì)胞和骨髓基質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為軟骨 和骨細(xì)胞，具有誘導(dǎo)骨形成的生物特性。在人工牙根表面負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)，可以 顯著提高植入初期人工牙根表面誘導(dǎo)成骨的能力。但是BMP易被較快吸收、降解，必須要有 合適的載體起到提高其釋放周期的作用。 人體硬組織的主要無機質(zhì)是鈣磷相，而鈦酸鈉鹽在體液中可以轉(zhuǎn)變?yōu)樗隙?化鈦，使金屬表面原位形成許多Ti-0H基團，從而誘導(dǎo)體液中的鈣、磷沉積，形成磷灰石層 (Ceramics International, 1996， 79 (24) :1127-1129)。另外由于鈦酸鈉晶體的特殊結(jié)構(gòu)， 使得鈉離子有著很強的交換能力，可以與多種陽離子進(jìn)行置換，從而進(jìn)行離子緩釋，加強鈦 酸鈉結(jié)構(gòu)層的功能性。同時表面微孔的特殊形貌增大了比表面積，使得鈦酸鈉結(jié)構(gòu)層在負(fù) 載能力方面得到極大的增強。 制備具有生物活性的鈦酸鈉結(jié)構(gòu)的常用方法是堿液水熱合成技術(shù)。中國專利 ZL02117866. 6 "—種制備水合鈦酸鈉鹽以及系列鈦酸鹽納米管的工藝方法"公開了一種基 于堿液水熱合成技術(shù)制備鈦酸鈉納米結(jié)構(gòu)的方法，即在密閉容器中使用二氧化鈦粉體或者 偏鈦酸粉體與氫氧化鈉溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，最終制得具有管狀結(jié)構(gòu)的分散的鈦酸鈉鹽。但 該制備方法只能制備出分散的鈦酸鹽結(jié)構(gòu)，并沒有涉及金屬基體表面的制備。而鈦酸鈉作 為一種極具潛力的生物醫(yī)用材料，還很少有應(yīng)用于人工牙根材料技術(shù)領(lǐng)域。因此尋找合適的工藝在人工牙根金屬基體表面制備具有特殊結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層，并且增強其功 能性和負(fù)載能力，將越來越受到人工牙根材料技術(shù)領(lǐng)域的重視。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是針對人工牙根材料上述不足，提出一種具有稀土元素 鈰緩釋功能，并且可以顯著提高植入初期人工牙根表面誘導(dǎo)成骨能力的人工牙根及其制備 方法。 技術(shù)方案這種能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根在金屬基體表面有一層采 用堿液水熱合成技術(shù)制備的具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性層，其表面利用溶液浸漬離子 交換進(jìn)行摻鈰，并且使用離心負(fù)載技術(shù)復(fù)合有骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)。具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸 鈉生物活性層與金屬基體結(jié)合強度高，由于鈦酸鈉微孔結(jié)構(gòu)交替堆疊生長于基體表面，具 有很好的生物活性并且能促進(jìn)磷灰石層的沉積生長；鈰元素?fù)饺牒笤谌斯ぱ栏砻婢忈專?具有多種生物學(xué)效應(yīng)，可以產(chǎn)生抑制細(xì)菌的生長、減輕炎性反應(yīng)等有益效果。同時微孔結(jié)構(gòu) 也是BMP的理想載體。人工牙根與BMP復(fù)合通常采用離心負(fù)載技術(shù)，BMP可通過離心效應(yīng) 與毛細(xì)管效應(yīng)的雙重作用深入滲透到微孔鈦酸鈉涂層中，使人工牙根表面BMP的攜帶量大 大提高。人工牙根植入人體后，其表面BMP釋放周期延長，有利于BMP誘導(dǎo)成骨作用的充分 發(fā)揮。 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn) 在這種能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根金屬基體表面有一層具有微孔結(jié) 構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層，微孔涂層上進(jìn)一步摻鈰，并且復(fù)合有骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)。
所述及的微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層與金屬基體表面結(jié)合，由鈦或者鈦合金 基體表面與氫氧化鈉溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)生成的鈦酸鈉微孔結(jié)構(gòu)相互交替堆疊而成；所述及 的鈰元素通過溶液浸漬與鈦酸鈉的鈉離子進(jìn)行陽離子交換；所述及的BMP由離心負(fù)載技術(shù) 復(fù)合于微孔結(jié)構(gòu)涂層中。
其制備的步驟如下 1)首先選用純鈦或者鈦合金加工好人工牙根； 2)把人工牙根表面打磨拋光，然后采用堿液水熱合成技術(shù)在其表面獲得具微孔結(jié) 構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層； 3)再通過溶液浸漬離子交換在微孔鈦酸鈉層內(nèi)摻入稀土元素鈰；
4)最后采用離心負(fù)載技術(shù)在摻鈰的微孔鈦酸鈉層內(nèi)負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白。
所述及的堿液水熱合成技術(shù)，采用濃度為5 15mol/L的NaOH水溶液，處理時間 為4 200小時，處理溫度為60 180攝氏度。 所述及的溶液浸漬離子交換，采用濃度為0. 05-5. Omol L—1可溶性鈰鹽水溶液，
可溶性鈰鹽水溶液液面應(yīng)淹過人工牙根，浸漬時間不少于24小時，隨后用去離子水清洗幾
次，以消除剩余的可溶性離子，樣品在真空下60-10(TC干燥不少于6小時；所述的可溶性鈰
鹽水溶液采用硝酸鈰、硝酸鈰氨或氯化鈰中的一種或兩種可溶性鈰鹽配制。 所述及的離心負(fù)載技術(shù)具體操作為將表面具有摻鈰微孔鈦酸鈉生物活性涂層的
人工牙根置于離心機中，倒入濃度為0. 1 50mg/L的骨形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸
緩沖鹽溶液組成的混合溶液，并淹過兩倍以上高度，以2000 80000rpm的離心速度工作5 30min，其間保持工作溫度為4 40°C 。
有益效果 (1)鈰元素具有多種生物學(xué)效應(yīng)，向人工牙根表面微孔鈦酸鈉生物活性層中摻鈰，
可以產(chǎn)生抑制細(xì)菌的生長、減輕炎性反應(yīng)等有益效果。該人工牙根材料有很好的生物活性、
殺菌作用以及誘導(dǎo)成骨效應(yīng)，可在短期內(nèi)安全地與骨組織形成牢固的生理結(jié)合。
(2)人工牙根表面鈦酸鈉生物活性涂層與金屬基體結(jié)合強度高，并具有理想的微
孔結(jié)構(gòu)，可作為"晶核基面"促進(jìn)磷灰石層的沉積生長，鈦酸鈉結(jié)構(gòu)中的鈉陽離子易于進(jìn)行
離子交換摻入各種元素，同時微孔也是BMP理想的載體，有利于BMP誘導(dǎo)成骨作用的充分發(fā)揮。


圖1為本發(fā)明人工牙根表面具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉表面層形態(tài)的掃描電鏡(SEM) 照片； 圖2是本發(fā)明人工牙根表面具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉表面層的X射線衍射(XRD) 譜； 具體實例方式
實施例1 (1)首先選用純鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面水熱處理將人工牙根打磨拋光，然后用丙酮、70%的酒精、蒸 餾水超聲清洗，采用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，工作溫度120攝氏 度，處理時間為6小時，在人工牙根表面獲得具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層，其SEM照 片和XRD譜分別見圖l和圖2。 (3)浸漬法摻鈰處理將上述制備的表面覆蓋微孔鈦酸鈉生物活性層的人工牙根 浸漬在可溶性鈰鹽(NH4) 2Ce (N03) 6水溶液中通過離子交換摻入稀土元素鈰，(NH4) 2Ce (N03) 6 水溶液濃度為0. 05mol L—、溶液液面應(yīng)淹過人工牙根，浸漬時間不少于24小時，隨后用去 離子水清洗幾次，以消除剩余的可溶性離子(NH4+， Ce4+， N03—)，樣品在真空下60-10(TC干燥 不少于6小時，以在人工牙根表面獲得鈰摻雜的鈦酸鈉生物活性層； (4)BMP的離心負(fù)載處理將表面具微孔結(jié)構(gòu)的摻鈰鈦酸鈉生物活性涂層的人工 牙根固定于離心筒內(nèi)，倒入0. 1 50mg/L的骨形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶 液組成的混合溶液，并淹過兩倍以上高度，以6000rpm的離心速度工作時間5 30min，保持 工作溫度4 40。C，取出； (5)將上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無菌保存，備用，即可得
本發(fā)明能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根。
實施例2 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工牙根； (2)人工牙根表面水熱處理將人工牙根打磨拋光，然后用丙酮、70%的酒精、蒸 餾水超聲清洗，采用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，工作溫度120攝氏 度，處理時間為6小時。 (3)浸漬法摻鈰處理將上述制備的表面覆蓋微孔鈦酸鈉生物活性層的人工牙根浸漬在可溶性鈰鹽Ce (N03) 4水溶液中通過離子交換摻入稀土元素鈰，Ce (N03) 4水溶液濃度 為0. 05mol L—、溶液液面應(yīng)淹過人工牙根，浸漬時間不少于24小時，隨后用去離子水清洗 幾次，以消除剩余的可溶性離子(Ce4+， N03—)，樣品在真空下60-10(TC干燥不少于6小時，以 在人工牙根表面獲得鈰摻雜的鈦酸鈉生物活性層； (4)BMP的離心負(fù)載處理將表面具微孔結(jié)構(gòu)的摻鈰鈦酸鈉生物活性涂層的人工 牙根固定于離心筒內(nèi)，倒入0. 1 50mg/L的骨形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶 液組成的混合溶液，并淹過兩倍以上高度，以8000rpm的離心速度工作時間5 30min，保持 工作溫度4 40。C，取出； (5)將上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無菌保存，備用，即可得
本發(fā)明能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根。
實施例3 (1)首先選用純鈦加工好人工牙根； (2)人工牙根表面水熱處理將人工牙根打磨拋光，然后用丙酮、70%的酒精、蒸 餾水超聲清洗，采用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，工作溫度150攝氏 度，處理時間為72小時，在人工牙根表面獲得具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層。
(3)浸漬法摻鈰處理將上述制備的表面覆蓋微孔鈦酸鈉生物活性層的人工牙根 浸漬在可溶性鈰鹽(NH4) 2Ce (N03) 6水溶液中通過離子交換摻入稀土元素鈰，(NH4) 2Ce (N03) 6 水溶液濃度為0. 05mol L—、溶液液面應(yīng)淹過人工牙根，浸漬時間不少于24小時，隨后用去 離子水清洗幾次，以消除剩余的可溶性離子(NH4+， Ce4+， N03—)，樣品在真空下60-10(TC干燥 不少于6小時，以在人工牙根表面獲得鈰摻雜的鈦酸鈉生物活性層； (4)BMP的離心負(fù)載處理將表面具微孔結(jié)構(gòu)的摻鈰鈦酸鈉生物活性涂層的人工 牙根固定于離心筒內(nèi)，倒入0. 1 50mg/L的骨形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶 液組成的混合溶液，并淹過兩倍以上高度，以6000rpm的離心速度工作時間5 30min，保持 工作溫度4 40。C，取出； (5)將上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無菌保存，備用，即可得
本發(fā)明能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根。 實施例4 (1)首先選用Ti6A14V合金加工好人工牙根； (2)人工牙根表面水熱處理將人工牙根打磨拋光，然后用丙酮、70%的酒精、蒸 餾水超聲清洗，采用濃度為1Omol/L的氫氧化鈉水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，工作溫度150攝氏 度，處理時間為72小時。 (3)浸漬法摻鈰處理將上述制備的表面覆蓋微孔鈦酸鈉生物活性層的人工牙 根浸漬在可溶性鈰鹽CeCl4水溶液中通過離子交換摻入稀土元素鈰，CeCl4水溶液濃度為 0. 05mol L—、溶液液面應(yīng)淹過人工牙根，浸漬時間不少于24小時，隨后用去離子水清洗幾 次，以消除剩余的可溶性離子(Ce4+， CI—)，樣品在真空下60-10(TC干燥不少于6小時，以在 人工牙根表面獲得鈰摻雜的鈦酸鈉生物活性層； (4)BMP的離心負(fù)載處理將表面具微孔結(jié)構(gòu)的摻鈰鈦酸鈉生物活性涂層的人工 牙根固定于離心筒內(nèi)，倒入0. 1 50mg/L的骨形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩沖鹽溶 液組成的混合溶液，并淹過兩倍以上高度，以80000rpm的離心速度工作時間5 30min，保
6持工作溫度4 4(TC，取出； (5)將上述取出人工牙根用酒精淋洗后，真空干燥，消毒后無菌保存，備用，即可得 本發(fā)明能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根。 顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為了清楚說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對 本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，還可在上述說明的基礎(chǔ)上 做出其它不同形式的變化或變動，這里無需也無法對所有實施方式予以窮舉，而這些屬于 本發(fā)明的精神所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根，其特征在于所述的能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根是由純鈦或鈦合金人工牙根基體以及負(fù)載有稀土元素鈰和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)的具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性層組成，所述及的具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性層與金屬基體表面結(jié)合，由鈦或者鈦合金基體表面與氫氧化鈉溶液水熱反應(yīng)生成的鈦酸鈉微孔結(jié)構(gòu)相互交替堆疊而成，再通過溶液浸漬離子交換在微孔鈦酸鈉層內(nèi)摻入稀土元素鈰，最后采用離心負(fù)載技術(shù)在摻鈰的微孔鈦酸鈉層內(nèi)負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)。所述及能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根制備方法按如下步驟進(jìn)行1)首先選用純鈦或者鈦合金加工好人工牙根；2)把人工牙根表面打磨拋光，然后采用堿液水熱合成技術(shù)在其表面獲得具微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉生物活性涂層；3)再通過溶液浸漬離子交換在微孔鈦酸鈉層內(nèi)摻入稀土元素鈰；4)最后采用離心負(fù)載技術(shù)在摻鈰的微孔鈦酸鈉層內(nèi)負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根的制備方法，其特征 在于所述及的堿液水熱合成技術(shù)，采用濃度為5 15mol/L的NaOH水溶液，處理時間為4 200小時，處理溫度為60 180攝氏度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根的制備方法，其特征 在于所述及的溶液浸漬離子交換，采用濃度為0. 05-5. 0 mol L—1可溶性鈰鹽水溶液，可溶 性鈰鹽水溶液液面應(yīng)淹過人工牙根，浸漬時間不少于24小時，隨后用去離子水清洗幾次， 以消除剩余的可溶性離子，樣品在真空下60-10(TC干燥不少于6小時；所述的可溶性鈰鹽 水溶液采用硝酸鈰、硝酸鈰氨或氯化鈰中的一種或兩種可溶性鈰鹽配制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根的制備方法，其特征 在于所述及的離心負(fù)載技術(shù)，具體操作為將表面具有摻鈰微孔鈦酸鈉生物活性涂層的人 工牙根置于離心機中，倒入濃度為0. 1 50mg/L的骨形態(tài)發(fā)生蛋白和0. lmol/L的磷酸緩 沖鹽溶液組成的混合溶液，并淹過兩倍以上高度，以2000 80000rpm的離心速度工作5 30min，其間保持工作溫度為4 40°C 。
全文摘要
本發(fā)明是一種能緩釋稀土元素鈰的生物活性人工牙根，這種人工牙根由純鈦或鈦合金人工牙根基體以及負(fù)載有稀土元素鈰和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)的微孔鈦酸鈉生物活性層組成。所述及的具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉層生物活性層與金屬基體表面結(jié)合，由鈦或者鈦合金基體表面與氫氧化鈉溶液水熱反應(yīng)生成的鈦酸鈉微孔結(jié)構(gòu)相互交替堆疊而成，鈰與鈉進(jìn)行陽離子交換摻入涂層，BMP通過離心力與毛細(xì)管作用復(fù)合于微孔結(jié)構(gòu)中。制備的方法為首先選用純鈦或鈦合金加工好人工牙根；然后采用堿液水熱合成技術(shù)在人工牙根表面獲得具有微孔結(jié)構(gòu)的鈦酸鈉層；再通過溶液浸漬離子交換在微孔鈦酸鈉層內(nèi)摻入稀土元素鈰；最后采用離心負(fù)載技術(shù)在摻鈰的微孔鈦酸鈉層內(nèi)負(fù)載骨形態(tài)發(fā)生蛋白。
文檔編號A61K6/02GK101791267SQ20101001710
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月1日
發(fā)明者儲成林, 浦躍樸, 饒席 申請人:東南大學(xué)