CN104906635A - 一种聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体及其制作方法 - Google Patents

一种聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体及其制作方法 Download PDF

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Abstract

聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体，由颈部和根部构成，其基体材料为聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，其颈部接枝有粘连蛋白或碱性成纤维细胞生长因子，其根部次表层为微米多孔-纳米凸起多级微结构，其颈部和根部表层为含Ag+或Zn2+的纳米羟基磷灰石层。制作方法：(1)坯体的制备；(2)在坯体颈部表面接枝粘连蛋白或碱性成纤维细胞生长因子；(3)将坯体根部浸入十氟萘溶液中刻蚀0.5～1小时，再放入纳米羟基磷灰石粉末中粘附一层纳米羟基磷灰石粒子；(4)将坯体根部在掺杂有Ag+或Zn2+的纳米羟基磷灰石浆料中浸泡1～3h。本发明使牙种植体的弹性模量与人体骨组织匹配，并具有高生物活性和持续抗菌能力，能提高种植远期成功率。

Description

一种聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体及其制作方法
技术领域
本发明属于牙种植体领域，涉及一种复合材料牙种植体及其制作方法。
背景技术
目前，国内外常用的牙种植***，均采用纯钛或钛合金作为牙种植体的基体材料，种植体根部表面也有处理成微孔或涂覆磷灰石涂层的，其临床短期修复效果显著，五年成功率可达90％，但远期成功率仍然较低，临床植入10年的失败率高达35％。造成远期效果不理想的一个重要因素是钛种植体材料的弹性模量(>110GPa)远高于人体颌骨的弹性模量，引起长期的应力屏蔽和应力刺激，导致种植体周围骨组织的吸收和种植体松动。通过对种植体表面进行低模量处理以改善种植体/组织界面匹配性也常见诸报道。如表面生物和化学分子修饰、表面刻蚀、喷涂纳米羟基磷灰石涂层等，或通过阳极氧化法、电子束逐层熔化法等技术在钛种植体表面形成低模量多孔TiO2层等，但上述方法只是从表面促进了种植体与周围骨组织间的结合强度，对于由弹性模量问题带来的界面力学失配问题导致的临床种植失败依然无明显改观，不能从根本上解决问题。因此，探寻低弹性模量并具有高生物活性的牙种植体材料是亟待解决的难题。有研究报道CF-PEEK复合材料的弹性模量可调节至15GPa左右，与皮质骨弹性模量接近，更容易传导负荷，但其缺乏生物活性，且色泽偏黑，影响种植及美观效果。ZrO2-PEEK复合材料的弹性模量、耐磨性及冲击强度良好，且色泽更接近天然牙，但同样缺乏生物活性。目前还未发现将聚合物基复合材料成功用于制作牙种植体，并实现良好远期植入效果的报道。
另一方面，种植体周围感染是导致种植失败的另一重要因素。现有牙种植体除弹性模量过高导致种植体松动为细菌入侵提供通路外，其表面结构设计不当导致的颈部与牙龈组织结合界面不牢靠也为细菌入侵提供了通路，细菌的繁殖堆积，最终会造成植入失败。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体及其制作方法，以使牙种植体的弹性模量与人体骨组织匹配，并具有高生物活性和持续抗菌能力，从而提高种植远期成功率。
本发明所述聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体，由颈部和根部构成，所述牙种植体的基体材料为聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，其颈部接枝有粘连蛋白或碱性成纤维细胞生长因子，其根部次表层为微米多孔-纳米凸起多级微结构，根部表层为含Ag+或Zn2+的纳米羟基磷灰石层。
本发明所述聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的制作方法，工艺步骤依次如下：
(1)将聚醚醚酮粉末与纳米羟基磷灰石粉末按照质量比(1～7):10配料并混合均匀，得到聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，再将聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料加工成牙种植体状的坯体；
(2)将步骤(1)所得坯体在乙醇中超声清洗后干燥，将清洗并干燥后的坯体颈部在浓度为5～60μg/mL的粘连蛋白溶液或浓度为5～100μg/L的碱性成纤维细胞生长因子溶液中浸泡0.5～1小时取出，然后将颈部浸泡处理后的坯体用能量密度为250～350mJ/cm2的紫外光辐照0.5～1h，辐照结束后用去离子水清洗坯体表面并自然晾干得到颈部表面粘附有粘连蛋白或碱性成纤维细胞生长因子的坯体；
(3)将步骤(2)得到的颈部表面粘附有粘连蛋白或碱性成纤维细胞生长因子的坯体根部浸入浓度为10～15g/L的十氟萘溶液中刻蚀0.5～1小时，使所述坯体的根部表面形成微米级多孔结构，然后将刻蚀后的坯体根部放入纳米羟基磷灰石粉末中粘附一层纳米羟基磷灰石粒子，使根部表面形成微米多孔-纳米凸起多级微结构；
(4)将步骤(3)得到的坯体根部在掺杂有浓度为0.01～0.04mol/L的Ag+或Zn2+的纳米羟基磷灰石浆料中浸泡1～3h取出并干燥，即得到聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体。
上述方法中，步骤(4)中所述纳米羟基磷灰石浆料的浓度为10～30g/L。
上述方法中，步骤(1)中将聚醚醚酮粉末与纳米羟基磷灰石粉末混合均匀是采用机械共混法，将聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料加工成牙种植体状的坯体是采用模压成型工艺。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述牙种植体的基体采用聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，由于聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料的的弹性模量为9～14GPa，与人体骨的弹性模量接近，且无细胞毒性，因而此种复合材料兼具优良的力学相容性和生物相容性，此种材料的植入体能避免引起长期的应力屏蔽和应力刺激导致的种植体周围骨组织的吸收和种植体松动，稳定性明显提高，且具有高生物活性，是一种优良的新型牙种植体，有利于提高种植远期成功率。
2、本发明所述聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的根部次表层为微米多孔-纳米凸起多级微结构，根部表层为含Ag+或Zn2+的纳米羟基磷灰石层，这与体内细胞外基质结构中同时存在的微米和纳米尺度孔隙、纤维以及***结构相似，有利于成骨细胞及成纤维细胞的吸附从而与骨形成骨性结合，防止细菌的黏附和繁殖。另一方面，牙种植体颈部接枝有粘连蛋白或碱性成纤维细胞生长因子，能加速成纤维细胞的黏附、增殖和分化，促进牙龈组织在种植体颈部的快速附着生长，使牙种植体颈部与牙龈组织紧密结合，形成牢靠的结合界面，从而防止口腔中细菌进入种植体与骨的结合部位，避免种植体周围感染发生。因此，本发明所述聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体具有持续抗菌能力，有利于种植体长久固位，提高种植远期成功率。
3、本发明方法简单易操作，易于大规模生产制作。
附图说明
图1为本发明所述聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的示意图。
图中，1-颈部，2-根部。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明所述聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体及其制作方法做进一步说明。
以下实施例中，所述粘连蛋白溶液和碱性成纤维细胞生长因子溶液购自西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，所述聚醚醚酮树脂购买于上海超聚新材料科技有限公司。紫外辐照采用CHG-200型紫外集光照射装置。
以下实施例中，纳米羟基磷灰石粉末的制备方法如下：
以磷酸三钠和硝酸钙为原料，在水介质中按以下应方程式制备：
l0Ca(NO3)2+6Na3PO4+2NaOH—Ca10(PO4)6(OH)2+20NaNO3
称取一定量的磷酸三钠和硝酸钙，分别用去离子水配成lmol/L的溶液，在恒温50～60℃下，边搅拌边缓慢将硝酸钙溶液滴人磷酸三钠溶液中，用氢氧化钠溶液调节pH>9。滴加完毕后继续搅拌1h，静置陈化3天后，用去离子水洗涤5次，制得纳米羟基磷灰石浆料，用弱酸调节浆料pH＝7，干燥既得纳米羟基磷灰石粉末。
掺杂有Ag+或Zn2+的纳米羟基磷灰石浆料的制备方法如下：
根据所需纳米羟基磷灰石浆料的浓度，称取一定量的按照上述方法自制的纳米羟基磷灰石粉末加入去离子水中，超声波震荡分散数分钟得到纳米羟基磷灰石浆料，向所得浆料中加入一定浓度(根据纳米羟基磷灰石浆料中所需Ag+的浓度配制)的AgNO3溶液中，搅拌进行充分的离子交换吸附后，离心分离，用去离子水洗涤至滤液中无Ag+，得到掺杂有Ag+的纳米羟基磷灰石浆料。
同法制备掺杂有Zn2+的纳米羟基磷灰石浆料。
以下实施例中，牙种植体的弹性模量通过岛津AG-IC立式电子万能试验机进行测试得到。
以下实施例中，牙种植体的抗菌性的测试方法如下：
本试验所用菌种为金黄色葡萄球菌(S.aureus,ATCC6538)、大肠杆菌(E.coli,8399)。将上述两种菌种分别用PBS溶液制成浓度为106CFU/mL的细菌悬液。取4支无菌试管，其中两支加入200μL黄色葡萄球菌悬液，另外两支加入大肠杆菌悬液，取实施例制得的牙种植体颈部材料磨碎后配制成质量分数为10％的牙种植体颈部样液，将牙种植体颈部样液分别加入一支黄色葡萄球菌悬液和一支大肠杆菌悬液中，每支5mL，剩下的另一支黄色葡萄球菌悬液和另一支大肠杆菌悬液作为空白对照组。48h后，从每支试管中移取50μL菌液分别用5mL生理盐水稀释，取稀释后的菌液500μL分别置于4个肉汤培养基固体平板上，并置于37℃恒温培养箱中培养48h后取出做活菌菌落计数，实验重复三次。
按照方程计算抑菌率Y：Y＝(Nc-Ns)/Nc×100％，Nc代表空白对照组的细菌菌落数，Ns代表实验组的细菌菌落数。
实施例1
本实施例中，聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的制备方法如下：
(1)采用机械共混法将聚醚醚酮粉末与纳米羟基磷灰石粉末按照质量比1:10配料并充分混合，得到聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，采用模压成型机将聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料加工成牙种植体状的坯体；
(2)将步骤(1)所得坯体在乙醇中超声清洗5min后真空干燥，将清洗并干燥后的坯体颈部在浓度为5μg/mL的粘连蛋白溶液中浸泡0.5h取出，然后颈部浸泡处理后的坯体用能量密度为250mJ/cm2的紫外光辐照0.5h，辐照结束后用去离子水清洗坯体表面并自然晾干得到颈部表面粘附有粘连蛋白的坯体；
(3)将步骤(2)得到的坯体根部浸入浓度为10g/L的十氟萘溶液中刻蚀0.5小时，使所述坯体的根部表面形成微米级多孔结构，然后将刻蚀后的坯体根部放入纳米羟基磷灰石粉末中粘附一层纳米羟基磷灰石粒子，使根部表面形成微米多孔-纳米凸起多级微结构；
(4)将步骤(3)得到的坯体根部在掺杂有浓度为0.01mol/L的Ag+的纳米羟基磷灰石浆料中浸泡1h后取出，真空干燥即得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体，所述纳米羟基磷灰石浆料的浓度为10g/L。
本实施例所得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的弹性模量为9GPa，48h之后S.aureus、E.coli的抑菌率分别为达93％、92％。
实施例2
本实施例中，聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的制备方法如下：
(1)采用机械共混法将聚醚醚酮粉末与纳米羟基磷灰石粉末按照质量比4:10配料并充分混合，得到聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，采用模压成型机将聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料加工成牙种植体状的坯体；
(3)将步骤(2)得到的坯体根部浸入浓度为13g/L的十氟萘溶液中刻蚀0.7小时，使所述坯体的根部表面形成微米级多孔结构，然后将刻蚀后的坯体根部放入纳米羟基磷灰石粉末中粘附一层纳米羟基磷灰石粒子，使根部表面形成微米多孔-纳米凸起多级微结构；
(4)将步骤(3)得到的坯体根部在掺杂有浓度为0.03mol/L的Ag+的纳米羟基磷灰石浆料中浸泡1h后取出，真空干燥即得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体，所述纳米羟基磷灰石浆料的浓度为200g/L。
本实施例所得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的弹性模量为12GPa，48h之后S.aureus、E.coli的抑菌率分别为达96％、94％。
实施例3
本实施例中，聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的制备方法如下：
(1)采用机械共混法将聚醚醚酮粉末与纳米羟基磷灰石粉末按照质量比7:10配料并充分混合，得到聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，采用模压成型机将聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料加工成牙种植体状的坯体；
(2)将步骤(1)所得坯体在乙醇中超声清洗10min后真空干燥，将清洗并干燥后的坯体颈部在浓度为60μg/mL的粘连蛋白溶液中浸泡1h取出，然后颈部浸泡处理后的坯体用能量密度为350mJ/cm2的紫外光辐照1h，辐照结束后用去离子水清洗坯体表面并自然晾干得到颈部表面粘附有粘连蛋白的坯体；
(3)将步骤(2)得到的坯体根部浸入浓度为15g/L的十氟萘溶液中刻蚀1小时，使所述坯体的根部表面形成微米级多孔结构，然后将刻蚀后的坯体根部放入纳米羟基磷灰石粉末中粘附一层纳米羟基磷灰石粒子，使根部表面形成微米多孔-纳米凸起多级微结构；
(4)将步骤(3)得到的坯体根部在掺杂有浓度为0.04mol/L的Ag+的纳米羟基磷灰石浆料中浸泡1.5h后取出，真空干燥即得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体，所述纳米羟基磷灰石浆料的浓度为30g/L。
本实施例所得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的弹性模量为14GPa，48h之后S.aureus、E.coli的抑菌率分别为达97％、96％。
实施例4
本实施例中，聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的制备方法如下：
(1)采用机械共混法将聚醚醚酮粉末与纳米羟基磷灰石粉末按照质量比1:10配料并充分混合，得到聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，采用模压成型机将聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料加工成牙种植体状的坯体；
(2)将步骤(1)所得坯体在乙醇中超声清洗5min后真空干燥，将清洗并干燥后的坯体颈部在浓度为5μg/L的碱性成纤维细胞生长因子溶液中浸泡0.5h取出，然后颈部浸泡处理后的坯体用能量密度为250mJ/cm2的紫外光辐照0.5h，辐照结束后用去离子水清洗坯体表面并自然晾干得到颈部表面粘附有碱性成纤维细胞生长因子的坯体；
(3)将步骤(2)得到的坯体根部浸入浓度为10g/L的十氟萘溶液中刻蚀0.5小时，使所述坯体的根部表面形成微米级多孔结构，然后将刻蚀后的坯体根部放入纳米羟基磷灰石粉末中粘附一层纳米羟基磷灰石粒子，使根部表面形成微米多孔-纳米凸起多级微结构；
(4)将步骤(3)得到的坯体根部在掺杂有浓度为0.01mol/L的Zn2+的纳米羟基磷灰石浆料中浸泡0.5h后取出，真空干燥即得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体，所述纳米羟基磷灰石浆料的浓度为10g/L。
本实施例所得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的弹性模量为9GPa，48h之后S.aureus、E.coli的抑菌率分别为达92％、90％。
实施例5
本实施例中，聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的制备方法如下：
(1)采用机械共混法将聚醚醚酮粉末与纳米羟基磷灰石粉末按照质量比4:10配料并充分混合，得到聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，采用模压成型机将聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料加工成牙种植体状的坯体；
(2)将步骤(1)所得坯体在乙醇中超声清洗5min后真空干燥，将清洗并干燥后的坯体颈部在浓度为50μg/L的碱性成纤维细胞生长因子溶液中浸泡0.7h取出，然后颈部浸泡处理后的坯体用能量密度为300mJ/cm2的紫外光辐照0.7h，辐照结束后用去离子水清洗坯体表面并自然晾干得到颈部表面粘附有碱性成纤维细胞生长因子的坯体；
(3)将步骤(2)得到的坯体根部浸入浓度为13g/L的十氟萘溶液中刻蚀0.7小时，使所述坯体的根部表面形成微米级多孔结构，然后将刻蚀后的坯体根部放入纳米羟基磷灰石粉末中粘附一层纳米羟基磷灰石粒子，使根部表面形成微米多孔-纳米凸起多级微结构；
(4)将步骤(3)得到的坯体根部在掺杂有浓度为0.03mol/L的Zn2+的纳米羟基磷灰石浆料中浸泡0.7h后取出，真空干燥即得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体，所述纳米羟基磷灰石浆料的浓度为20g/L。
本实施例所得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的弹性模量为12GPa，48h之后S.aureus、E.coli的抑菌率分别为达96％、94％。
实施例6
本实施例中，聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的制备方法如下：
(1)采用机械共混法将聚醚醚酮粉末与纳米羟基磷灰石粉末按照质量比7:10配料并充分混合，得到聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，采用模压成型机将聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料加工成牙种植体状的坯体；
(2)将步骤(1)所得坯体在乙醇中超声清洗10min后真空干燥，将清洗并干燥后的坯体颈部在浓度为100μg/L的碱性成纤维细胞生长因子溶液中浸泡1h取出，然后颈部浸泡处理后的坯体用能量密度为350mJ/cm2的紫外光辐照1h，辐照结束后用去离子水清洗坯体表面并自然晾干得到颈部表面粘附有碱性成纤维细胞生长因子的坯体；
(3)将步骤(2)得到的坯体根部浸入浓度为15g/L的十氟萘溶液中刻蚀1小时，使所述坯体的根部表面形成微米级多孔结构，然后将刻蚀后的坯体根部放入纳米羟基磷灰石粉末中粘附一层纳米羟基磷灰石粒子，使根部表面形成微米多孔-纳米凸起多级微结构；
(4)将步骤(3)得到的坯体根部在掺杂有浓度为0.04mol/L的Zn2+的纳米羟基磷灰石浆料中浸泡3h后取出，真空干燥即得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体，所述纳米羟基磷灰石浆料的浓度为30g/L。
本实施例所得聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的弹性模量为14GPa，48h之后S.aureus、E.coli的抑菌率分别为达97％、95％。

Claims (4)

1.一种聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体，由颈部(1)和根部(2)构成，其特征在于所述牙种植体的基体材料为聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，其颈部接枝有粘连蛋白或碱性成纤维细胞生长因子，其根部次表层为微米多孔-纳米凸起多级微结构，根部表层为含Ag+或Zn2+的纳米羟基磷灰石层。
2.一种聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的制作方法，其特征在于工艺步骤依次如下：
(1)将聚醚醚酮粉末与纳米羟基磷灰石粉末按照质量比(1～7):10配料并混合均匀，得到聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料，再将聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料加工成牙种植体状的坯体；
(2)将步骤(1)所得坯体在乙醇中超声清洗后干燥，将清洗并干燥后的坯体颈部在浓度为5～60μg/mL的粘连蛋白溶液或浓度为5～100μg/L的碱性成纤维细胞生长因子溶液中浸泡0.5～1小时取出，然后将颈部浸泡处理后的坯体用能量密度为250～350mJ/cm2的紫外光辐照0.5～1h，辐照结束后用去离子水清洗坯体表面并自然晾干得到颈部表面粘附有粘连蛋白或碱性成纤维细胞生长因子的坯体；
(3)将步骤(2)得到的颈部表面粘附有粘连蛋白或碱性成纤维细胞生长因子的坯体根部浸入浓度为10～15g/L的十氟萘溶液中刻蚀0.5～1小时，使所述坯体的根部表面形成微米级多孔结构，然后将刻蚀后的坯体根部放入纳米羟基磷灰石粉末中粘附一层纳米羟基磷灰石粒子，使根部表面形成微米多孔-纳米凸起多级微结构；
(4)将步骤(3)得到的坯体根部在掺杂有浓度为0.01～0.04mol/L的Ag+或Zn2+的纳米羟基磷灰石浆料中浸泡1～3h取出并干燥，即得到聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体。
3.根据权利要求2所述聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的制作方法，其特征在于步骤(4)中所述纳米羟基磷灰石浆料的浓度为10～30g/L。
4.根据权利要求2或3所述聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石牙种植体的制作方法，其特征在于步骤(1)中将聚醚醚酮粉末与纳米羟基磷灰石粉末混合均匀是采用机械共混法，将聚醚醚酮/纳米羟基磷灰石复合材料加工成牙种植体状的坯体是采用模压成型工艺。
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