專利名稱：一種ZrO₂-HA復(fù)合的口腔種植修復(fù)體及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種口腔種植修復(fù)體及制作方法，更確切地說涉及一種&02-ΗΑ復(fù)合 的口腔種植修復(fù)體及制作方法，屬于生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
種植義齒的成功是20世紀(jì)口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一次重要飛躍，種植義齒通過植入頌 骨的人工種植體為支持，與骨之間形成骨性結(jié)合使傳統(tǒng)意義的修復(fù)手段有了革命性的改 變。其不僅成功用于全口牙列缺失修復(fù)，而且由于骨移植技術(shù)的不斷成熟與完善，使局部牙 列缺損或單個(gè)牙缺失的修復(fù)愈加成熟。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，種植義齒已經(jīng)逐漸成為牙缺失后 首選的修復(fù)治療手段。隨著種植義齒在口腔修復(fù)中的普及與推廣，其所用的材料也逐步成為研究熱點(diǎn)， 屬于醫(yī)學(xué)與材料學(xué)的交叉研究領(lǐng)域。要取得種植義齒的成功，材料必須滿足多方面因素的 要求種植材料具有良好的生物相容性和生物力學(xué)適應(yīng)性是取得長(zhǎng)期成功率的根本保障。作為牙種植修復(fù)體的材料應(yīng)具有如下特性1)對(duì)人體無毒副作用，具有化學(xué)穩(wěn)定 性；2)具有足夠的強(qiáng)度和韌性使種植體能夠承受牙合力，并保持穩(wěn)固；3)具有可加工性，便 于成形和修整；4)具有低的熱傳導(dǎo)性；5)對(duì)于X-射線阻射性比骨組織強(qiáng)，便于術(shù)中、術(shù)后 觀察。迄今為止已經(jīng)應(yīng)用于口腔種植的材料按理化性能可分為金屬類、陶瓷類和高分子 類。金屬材料的主要特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高，抗壓、抗拉及抗剪切能力強(qiáng)，剛性好，并有一 定的韌性，加工性能好，可加工成細(xì)小的精密部件。金屬生物醫(yī)學(xué)材料應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域已有 漫長(zhǎng)的歷史，隨著科學(xué)的發(fā)展和外科醫(yī)療水平的提高，先后開發(fā)了不銹鋼、鈷鉻合金、鈦及 鈦合金等一系列植入性金屬生物醫(yī)學(xué)材料。但金屬生物醫(yī)學(xué)材料植入人體后與組織液直接 接觸容易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，往往也會(huì)與體液、血液中的蛋白質(zhì)和氨基酸相互作用而發(fā)生腐 蝕，導(dǎo)致金屬離子進(jìn)入體內(nèi)，與生物活性物質(zhì)(如蛋白質(zhì)和酶)相結(jié)合，從而造成機(jī)體發(fā)生 全身過敏、中毒和局部炎癥現(xiàn)象；金屬離子也將在一定程度上改變組織細(xì)胞膜的通透性、生 物酶活性；同時(shí)，金屬合金的腐蝕還可能造成種植體結(jié)構(gòu)斷裂破壞，引起種植失敗。經(jīng)過長(zhǎng)期基礎(chǔ)研究和臨床實(shí)踐，到目前為止，鈦是最好的種植體材料，具有很強(qiáng)的 抗腐蝕性能，可以承擔(dān)咬合力量，生物相容性優(yōu)于不銹鋼和鈷鉻合金，但不具有生物活性， 在種植初期無骨傳導(dǎo)作用。高分子材料多以化學(xué)合成材料為主，容易加工成型。聚四氟乙烯材料應(yīng)用于組織 再生膜，為短期植入材料。聚乳酸、丙烯酸骨水泥等可作為可吸收植入材料。但高分子材料 在生理環(huán)境中存在受力后疲勞老化問題，長(zhǎng)期植入的降解產(chǎn)物對(duì)周圍組織產(chǎn)生毒性刺激作 用，都限制了其在口腔種植修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用。盡管鈦種植體在口腔種植修復(fù)領(lǐng)域獲得了一定的成功，但還存在一些問題，如種 植術(shù)后并發(fā)癥、長(zhǎng)期與人體骨組織接觸的生物相容性等。
目前，已開發(fā)的口腔種植修復(fù)體，共有幾大類幾十個(gè)品牌各有優(yōu)缺點(diǎn)，本發(fā)明擬提 供一種口腔種植修復(fù)體既具有良好機(jī)械性能，又具備一定生物活性的陶瓷種植體若能成 功，將從根本上降低種植費(fèi)用，有利于普及中國(guó)人的種植修復(fù)，必將帶來巨大的社會(huì)效益和 經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種口腔種植修復(fù)體，它基于以下認(rèn)知出發(fā)的。首先， 羥基磷灰石(HA)與人體硬組織化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)極為近似，是理想的硬組織替代材料，是脊 椎動(dòng)物骨和齒的主要無機(jī)成分，經(jīng)試驗(yàn)證明有明確骨傳導(dǎo)作用。HA植入人體后，在體液的作 用下，會(huì)發(fā)生部分降解，游離出人體組織必須的元素鈣和磷，并被人體組織吸收、利用，生長(zhǎng) 出新的組織，從而使人體組織和植入體獲得良好的結(jié)合。然后，羥基磷灰石陶瓷材料雖具有生物活性好特點(diǎn)，但其力學(xué)性能較差，強(qiáng)度低、 韌性差，因此作為生物植入材料，其使用的可靠性較差。到目前為止，HA陶瓷在生物硬組織 的修復(fù)與替換方面的應(yīng)用僅限于小的非承載種植體、粉末、涂層和低承載的多孔種植體。因 HA陶瓷脆性高，不能單獨(dú)應(yīng)用于負(fù)重部位，所以，人們開展了各種HA復(fù)合材料的研究，以改 善其綜合性能。第二，氧化鋯陶瓷屬于生物惰性陶瓷，近年來，在口腔修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸廣泛， 其中用氧化釔穩(wěn)定的四方氧化鋯陶瓷具有較好的強(qiáng)度和韌性，兼具優(yōu)良的穩(wěn)定性和耐磨損 性，尤其在口腔種植領(lǐng)域展現(xiàn)出美好的前景。氧化鋯作為口腔種植材料有以下優(yōu)勢(shì)(1)耐 腐蝕，化學(xué)穩(wěn)定性好，無毒，無致敏性；(2)有足夠的強(qiáng)度，且室溫下韌性是陶瓷材料中最高 的；(3)有低的熱傳導(dǎo)性，可在口腔內(nèi)調(diào)改，不會(huì)傳熱傷及骨組織；(4)不產(chǎn)生流電性；(5) 對(duì)X射線阻射性比骨強(qiáng)，便于術(shù)后觀察，同時(shí)又不影響患者做核磁成像檢查；(6)美觀，可與 牙齦粘膜達(dá)到最佳美觀協(xié)調(diào)關(guān)系，避免了金屬基樁的暗灰色。第三，氧化鋯陶瓷具有優(yōu)越的機(jī)械力學(xué)性能和生物安全性，羥基磷灰石具有很好 的生物活性，如何將二者的優(yōu)點(diǎn)有效結(jié)合起來，提供一種體現(xiàn)&O2-ha復(fù)合材料特性的口腔 種植修復(fù)體，這是本發(fā)明的主要的目的之一。本發(fā)明提供的口腔種植修復(fù)體為一段式種植修復(fù)體，是一種以氧化鋯陶瓷為基體 (ZrO2)，與羥基磷灰石(HA)以機(jī)械方式連接的口腔種植修復(fù)體，它是由頂部、頸部、臺(tái)肩、 羥基磷灰石填充部位和螺紋狀頭部。其中，頂部為口腔內(nèi)段，是牙冠基樁，用于種植成功后 在口腔內(nèi)進(jìn)行缺損牙齒的修復(fù)。種植體整體為圓柱體，頂部圓柱體的對(duì)稱兩側(cè)(如圖1所 示)，其中一側(cè)面為平面，另一側(cè)近頂部部位加工成平面，所述的平面的高度為1.2-1. 8mm， 這種結(jié)構(gòu)有利于在手術(shù)時(shí)植入體與植入器械緊密咬合，便于植入體的旋入。頸部至臺(tái)肩根 據(jù)表面張力原理設(shè)計(jì)為圓滑曲線，以保證牙齦上皮在最小能量下與種植體頸部良好附合， 形成良好的上皮袖口。頸部具有良好的光潔度可防止菌斑附著，并有利于上皮附著。突出 的臺(tái)肩直徑較大。通常臺(tái)肩直徑比種植修復(fù)體直徑大1.0-2. 0mm，對(duì)上皮袖口形成良好的保 護(hù)，可以有效的支撐假牙冠橋，使冠橋獲得良好的固位。羥基磷灰石填充部位位于臺(tái)肩以下 0. 5-lmm處，在種植體基體上用精密雕刻機(jī)打一規(guī)則形狀的孔，孔隙截面寬度約占種植體直 徑的三分之一，長(zhǎng)度約1. 5-2. 0mm。本發(fā)明所述的&02-ΗΑ復(fù)合的口腔種植修復(fù)體的制備工藝步驟
(1)將Y2O3部分穩(wěn)定氧化鋯粉干壓成型，并預(yù)燒結(jié)，備用，素坯密度為2. 90-3. Og/ cm3 ；通常，使用的Y2O3的摻雜量為3-5mol% ；(2)將醫(yī)用納米羥基磷灰石干壓成型，燒結(jié)，備用；(3)用精密雕刻機(jī)，將氧化鋯瓷塊通過精加工，制備成種植體基體；(4)用精密微型磨床在種植體基體表面加工螺紋；(5)在種植體中部，用精密雕刻機(jī)鉆一小孔，孔的截面寬度約占種植體直徑的三分 之一，將已加工好的種植體基體高溫?zé)Y(jié)；(6)在納米羥基磷灰石瓷塊上取一小塊，大小尺寸與步驟5所述的種植體基體上 的鉆孔尺寸相同，將羥基磷灰石瓷塊與氧化鋯種植體基體用醫(yī)用膠粘結(jié)。與同類產(chǎn)品相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果如下(1)本發(fā)明是在現(xiàn)有報(bào)道的工作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過加工方法和材料配比的優(yōu)化， 改進(jìn)&O2-ha復(fù)合材料的性能；在材料性能有所保證的前提下，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工 藝，這不僅有利于該項(xiàng)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的成熟，有效壓縮產(chǎn)品成本，也有效的促進(jìn)了科研成果 的實(shí)用性轉(zhuǎn)化，推進(jìn)了此類產(chǎn)品的市場(chǎng)化普及程度。(2)本發(fā)明所采用原料是直接向廠家采購(gòu)，原料易得，能夠滿足生產(chǎn)線批量化的需求。(3)氧化鋯與羥基磷灰石的粘結(jié)是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)。^O2-HA復(fù)合材料在實(shí)驗(yàn)室 研究中已取得一定進(jìn)展，主要是有兩種方式一種是氧化鋯與羥基磷灰石以一定比例混合， 但兩種不同粉體的均勻混合需研磨處理，而目前市場(chǎng)上沒有這種成品混合粉體，且氧化鋯 和羥基磷灰石的混合影響了氧化鋯的力學(xué)性能；另一種是干鋪-燒結(jié)的方法制備單純 復(fù)合和梯度復(fù)合HA生物材料，單純復(fù)合主要面臨一個(gè)問題，ZrO2和HA系兩種完全不同的材 料，在干壓成型時(shí)和HA易分離，且兩種材料膨脹系數(shù)不一樣，燒結(jié)后易出現(xiàn)裂紋，而梯 度復(fù)合也著力解決單純復(fù)合的問題，但梯度分布的配比有待進(jìn)一步確認(rèn)，且操作工藝較為 繁復(fù)，加工成本較高。本發(fā)明提出的制備工藝中，將&02和HA分別進(jìn)行加工，最后以機(jī)械 連接的方式用醫(yī)用膠進(jìn)行粘結(jié)，將種植體和羥基磷灰石的接觸部位預(yù)先進(jìn)行清潔處理，然 后將醫(yī)用膠均勻涂敷于粘接部位進(jìn)行粘結(jié)處理，使種植體兼具氧化鋯優(yōu)良的力學(xué)性能和羥 基磷灰石很好的生物相容性，且操作簡(jiǎn)便。比單一的式HA種植體具有良好的特性，現(xiàn) 有的以金屬鈦或鈦合金的種植體基本為二段式，這是本發(fā)明的顯著特征之一。


圖1為本發(fā)明提供的一段式口腔種植修復(fù)體結(jié)構(gòu)示意圖；一側(cè)面為平面，另一側(cè) 面近頂部部位加工成平面；圖中，1頂部，2頸部，3臺(tái)肩，4HA填充部位，5&02種植體基體表面加工成螺紋狀；(a)本發(fā)明提供的口腔復(fù)合體的正視圖；(b)為(a)的俯視圖；(c)為(a)的側(cè)面示意圖；(d)為(a)的立體示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的一段式口腔種植修復(fù)體如圖1所示。所述的種植修復(fù)體是由頂部1、頸部2、臺(tái)肩3、羥基磷灰石填充部位4和螺紋狀頭部5構(gòu)成。具體制備包括(1)氧化鋯坯塊制備將Y2O3部分穩(wěn)定氧化鋯粉干壓成型，鋯粉要求達(dá)到外科植入用氧化鋯的標(biāo)準(zhǔn)，壓 機(jī)壓力控制在1. 5-2. Ot/cm2。將坯塊在程序式升溫電爐中升溫至900°C進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，隨后 對(duì)燒結(jié)體采用慢冷的方式冷卻，即讓其在爐內(nèi)自然冷卻后取出。預(yù)燒結(jié)的瓷塊具有一定的 強(qiáng)度和硬度，可加工性較好。(2)納米羥基磷灰石坯塊制備將醫(yī)用納米羥基磷灰石干壓成型，壓機(jī)壓力控制在1. 5-2. Ot/cm2。將坯塊在程序 式升溫電爐中升溫至900°C進(jìn)行燒結(jié)，隨后對(duì)燒結(jié)體采用慢冷的方式冷卻，即讓其在爐內(nèi)自 然冷卻后取出。(3)制備種植體基體用精密雕刻機(jī)，將步驟1制作的氧化鋯瓷塊通過精加工，制備成圖1所示的種植體 基體。種植體有大小不同的幾種規(guī)格，且種植體基體需要經(jīng)高溫煅燒后才能成為具有規(guī)定 力學(xué)性能和生物安全性的成品，而高溫?zé)Y(jié)對(duì)氧化鋯來說具有明顯的收縮作用。因此，種植 體基體的加工精度和加工穩(wěn)定性要求高，不僅要求成品達(dá)到相應(yīng)規(guī)格的尺寸，而且經(jīng)過高 溫?zé)Y(jié)的收縮后，能夠保持尺寸的穩(wěn)定性。要達(dá)到這個(gè)要求，要從瓷塊的原料粉體、瓷塊加 工和制備精加工這三個(gè)方面來考量。粉體是決定最終成品性能的重要因素，粉體要求粒度 要均一，配比成分含量穩(wěn)定；瓷塊的加工工藝要求操作規(guī)范，做到各項(xiàng)工藝參數(shù)操作恒定， 干壓成型機(jī)壓力分布均勻，燒結(jié)爐密封性好，且燒結(jié)時(shí)爐腔內(nèi)熱量分布均勻；精密雕刻機(jī)進(jìn) 行精加工，要求操作輕便，磨頭轉(zhuǎn)速高，收縮比控制精確，符合高加工精度的要求。(4)種植體基體表面螺紋加工用精密磨床，在種植體基體表面加工螺紋。這有兩方面的好處，從機(jī)械操作方面來 說，臨床操作時(shí)種植體表面的螺紋能用于和基體表面很好的密合；從生物相容性方面來說， 種植體表面有一定的粗糙度，能有利于種植體周圍骨組織的生長(zhǎng)。(5)在種植體中部，用精密雕刻機(jī)鉆一小孔，孔的截面寬度約占種植體直徑的三分 之一，將已加工好的種植體基體在電爐中高溫?zé)Y(jié)?？紫恫灰颂螅@樣才能保證種植體成 品的力學(xué)性能。(6)在納米羥基磷灰石瓷塊上取一小塊，大小與種植體基體上的鉆孔尺寸相似，將 羥基磷灰石瓷塊與氧化鋯種植體基體用醫(yī)用膠粘結(jié)，能保證種植體的力學(xué)性能和生物相容 性，操作簡(jiǎn)便，可推廣性好。
權(quán)利要求
一種ZrO2 HA復(fù)合的口腔種植修復(fù)體，其特征在于所述的種植修復(fù)體為一段式種植修復(fù)體，它是以ZrO2陶瓷為基體，與HA以機(jī)械方式連接的種植修復(fù)體，所述的種植修復(fù)體依次由頂部、頸部、臺(tái)肩、HA填充部位和螺紋狀頭部組成。
2.按權(quán)利要求1所述的修復(fù)體，其特征在于所述的種植修復(fù)體為圓柱體，頂部圓柱體 的對(duì)稱兩側(cè)。
3.按權(quán)利要求2所述的修復(fù)體，其特征在于對(duì)稱兩側(cè)中一側(cè)面為平面，另一側(cè)近頂部 部位加工成平面。
4.按權(quán)利要求3所述的修復(fù)體，其特征在于近頂部部位的平面高度為1.2-1. 8mm。
5.按權(quán)利要求1所述的修復(fù)體，其特征在于頂部至臺(tái)肩為圓滑曲線，以保證牙齦上皮 在最小能量下與種植修復(fù)體有良好附合。
6.按權(quán)利要求1或5所述的修復(fù)體，其特征在于臺(tái)肩的直徑比種植修復(fù)體的直徑大 1. 0-2. 0mm。
7.按權(quán)利要求1所述的修復(fù)體，其特征在于HA填充部位為規(guī)則形狀的孔，位于臺(tái)肩以 下 0. 5-lmm。
8.按權(quán)利要求7所述的修復(fù)體，其特征在于HA填充部位的規(guī)則形狀的孔的截面寬度為 種植體直徑的1/3，長(zhǎng)度為1. 5-2. 0mm。
9.制作如權(quán)利要求1-5、7和8中任一項(xiàng)所述的修復(fù)體的方法，其特征在于先將&02-ΗΑ 陶瓷燒結(jié)成塊，然后用精密雕刻機(jī)和微型磨床進(jìn)行精加工和表面加工成螺紋狀頭部，最后 將HA瓷塊粘附到種植修復(fù)體的基體中。
10.按權(quán)利要求9所述的修復(fù)體的制作方法，其特征在于(1)將Y2O3部分穩(wěn)定氧化鋯粉干壓成型，并預(yù)燒結(jié)，備用，素坯密度為2.90-3. Og/cm3 ；(2)將醫(yī)用納米羥基磷灰石干壓成型，燒結(jié)，備用；(3)用精密雕刻機(jī)，將氧化鋯瓷塊通過精加工，制備成種植體基體；(4)用精密微型磨床在種植體基體表面加工螺紋；(5)在種植體中部，用精密雕刻機(jī)鉆一小孔，孔的截面寬度約占種植體直徑的三分之 一，將已加工好的種植體基體高溫?zé)Y(jié)；(6)在納米羥基磷灰石瓷塊上取一小塊，大小尺寸與步驟5所述的種植體基體上的鉆 孔尺寸相同，經(jīng)清潔處理后將羥基磷灰石瓷塊與氧化鋯種植體基體用醫(yī)用膠粘結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種ZrO2-HA復(fù)合的口腔種植修復(fù)體及制作方法，其特征在于所述的種植修復(fù)體為一段式種植修復(fù)體，它是以ZrO2陶瓷為基體，與HA以機(jī)械方式連接的種植修復(fù)體，所述的種植修復(fù)體依次由頂部、頸部、臺(tái)肩、HA填充部位和螺紋狀頭部組成。所述的種植修復(fù)體為圓柱體，頂部圓柱體的對(duì)稱兩側(cè)。頂部至臺(tái)肩為圓滑曲線，以保證牙齦上皮在最小能量下與種植修復(fù)體有良好附合。HA填充部位為規(guī)則的孔，位于臺(tái)肩以下0.5-1mm。制作方法為先將ZrO2-HA陶瓷燒結(jié)成塊，然后用精密雕刻機(jī)和微型磨床進(jìn)行精加工和表面加工成螺紋，最后將HA瓷塊粘附到種植修復(fù)體的基體中。最大優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮了ZrO2和HA的各自特性，且制作工藝簡(jiǎn)便。
文檔編號(hào)A61K6/033GK101972174SQ20101014517
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者匡杲, 季璐, 田萬鴻 申請(qǐng)人:田萬鴻