CN101972174B - 一种ZrO2-HA复合的口腔种植修复体及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种ZrO₂-HA复合的口腔种植修复体及制作方法，其特征在于所述的种植修复体为一段式种植修复体，它是以ZrO₂陶瓷为基体，与HA以机械方式连接的种植修复体，所述的种植修复体依次由顶部、颈部、台肩、HA填充部位和螺纹状头部组成。所述的种植修复体为圆柱体，顶部圆柱体的对称两侧。顶部至台肩为圆滑曲线，以保证牙龈上皮在最小能量下与种植修复体有良好附合。HA填充部位为规则的孔，位于台肩以下0.5-1mm。制作方法为先将ZrO₂-HA陶瓷烧结成块，然后用精密雕刻机和微型磨床进行精加工和表面加工成螺纹，最后将HA瓷块粘附到种植修复体的基体中。最大优点发挥了ZrO₂和HA的各自特性，且制作工艺简便。

Description

一种ZrO2-HA复合的口腔种植修复体及制作方法

技术领域

本发明涉及一种口腔种植修复体及制作方法，更确切地说涉及一种ZrO₂-HA复合的口腔种植修复体及制作方法，属于生物医学材料领域。 

背景技术

种植义齿的成功是20世纪口腔医学领域的一次重要飞跃，种植义齿通过植入颌骨的人工种植体为支持，与骨之间形成骨性结合使传统意义的修复手段有了革命性的改变。其不仅成功用于全口牙列缺失修复，而且由于骨移植技术的不断成熟与完善，使局部牙列缺损或单个牙缺失的修复愈加成熟。在欧美发达国家，种植义齿已经逐渐成为牙缺失后首选的修复治疗手段。 

随着种植义齿在口腔修复中的普及与推广，其所用的材料也逐步成为研究热点，属于医学与材料学的交叉研究领域。要取得种植义齿的成功，材料必须满足多方面因素的要求：种植材料具有良好的生物相容性和生物力学适应性是取得长期成功率的根本保障。 

作为牙种植修复体的材料应具有如下特性：1)对人体无毒副作用，具有化学稳定性；2)具有足够的强度和韧性使种植体能够承受牙合力，并保持稳固；3)具有可加工性，便于成形和修整；4)具有低的热传导性；5)对于X-射线阻射性比骨组织强，便于术中、术后观察。 

迄今为止已经应用于口腔种植的材料按理化性能可分为金属类、陶瓷类和高分子类。 

金属材料的主要特点是机械强度高，抗压、抗拉及抗剪切能力强，刚性好，并有一定的韧性，加工性能好，可加工成细小的精密部件。金属生物医学材料应用于医疗领域已有漫长的历史，随着科学的发展和外科医疗水平的提高，先后开发了不锈钢、钴铬合金、钛及钛合金等一系列植入性金属生物医学材料。但金属生物医学材料植入人体后与组织液直接接触容易发生电化学反应，往往也会与体液、血液中的蛋白质和氨基酸相互作用而发生腐蚀，导致金属离子进入体内，与生物活性物质(如蛋白质和酶)相结合，从而造 成机体发生全身过敏、中毒和局部炎症现象；金属离子也将在一定程度上改变组织细胞膜的通透性、生物酶活性；同时，金属合金的腐蚀还可能造成种植体结构断裂破坏，引起种植失败。 

经过长期基础研究和临床实践，到目前为止，钛是最好的种植体材料，具有很强的抗腐蚀性能，可以承担咬合力量，生物相容性优于不锈钢和钴铬合金，但不具有生物活性，在种植初期无骨传导作用。 

高分子材料多以化学合成材料为主，容易加工成型。聚四氟乙烯材料应用于组织再生膜，为短期植入材料。聚乳酸、丙烯酸骨水泥等可作为可吸收植入材料。但高分子材料在生理环境中存在受力后疲劳老化问题，长期植入的降解产物对周围组织产生毒性刺激作用，都限制了其在口腔种植修复领域的应用。 

尽管钛种植体在口腔种植修复领域获得了一定的成功，但还存在一些问题，如：种植术后并发症、长期与人体骨组织接触的生物相容性等。 

目前，已开发的口腔种植修复体，共有几大类几十个品牌各有优缺点，本发明拟提供一种口腔种植修复体既具有良好机械性能，又具备一定生物活性的陶瓷种植体若能成功，将从根本上降低种植费用，有利于普及中国人的种植修复，必将带来巨大的社会效益和经济价值。 

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种口腔种植修复体，它基于以下认知出发的。首先，羟基磷灰石(HA)与人体硬组织化学成分和结构极为近似，是理想的硬组织替代材料，是脊椎动物骨和齿的主要无机成分，经试验证明有明确骨传导作用。HA植入人体后，在体液的作用下，会发生部分降解，游离出人体组织必须的元素钙和磷，并被人体组织吸收、利用，生长出新的组织，从而使人体组织和植入体获得良好的结合。 

然后，羟基磷灰石陶瓷材料虽具有生物活性好特点，但其力学性能较差，强度低、韧性差，因此作为生物植入材料，其使用的可靠性较差。到目前为止，HA陶瓷在生物硬组织的修复与替换方面的应用仅限于小的非承载种植体、粉末、涂层和低承载的多孔种植体。因HA陶瓷脆性高，不能单独应用于负重部位，所以，人们开展了各种HA复合材料的研究，以改善其综合性能。 

第二，氧化锆陶瓷属于生物惰性陶瓷，近年来，在口腔修复领域的应用逐渐广泛，其中用氧化钇稳定的四方氧化锆陶瓷具有较好的强度和韧性，兼具优良的稳定性和耐磨损性，尤其在口腔种植领域展现出美好的前景。氧化锆作为口腔种植材料有以下优势：(1)耐腐蚀，化学稳定性好，无毒，无致敏性；(2)有足够的强度，且室温下韧性是陶瓷材料中最高的；(3)有低的热传导性，可在口腔内调改，不会传热伤及骨组织；(4)不产生流电性；(5)对X射线阻射性比骨强，便于术后观察，同时又不影响患者做核磁成像检查；(6)美观，可与牙龈粘膜达到最佳美观协调关系，避免了金属基桩的暗灰色。 

第三，氧化锆陶瓷具有优越的机械力学性能和生物安全性，羟基磷灰石具有很好的生物活性，如何将二者的优点有效结合起来，提供一种体现ZrO₂-HA复合材料特性的口腔种植修复体，这是本发明的主要的目的之一。 

本发明提供的口腔种植修复体为一段式种植修复体，是一种以氧化锆陶瓷为基体(ZrO₂)，与羟基磷灰石(HA)以机械方式连接的口腔种植修复体，它是由顶部、颈部、台肩、羟基磷灰石填充部位和螺纹状头部。其中，顶部为口腔内段，是牙冠基桩，用于种植成功后在口腔内进行缺损牙齿的修复。种植体整体为圆柱体，顶部圆柱体的对称两侧(如图1所示)，其中一侧面为平面，另一侧近顶部部位加工成平面，所述的平面的高度为1.2-1.8mm，这种结构有利于在手术时植入体与植入器械紧密咬合，便于植入体的旋入。颈部至台肩根据表面张力原理设计为圆滑曲线，以保证牙龈上皮在最小能量下与种植体颈部良好附合，形成良好的上皮袖口。颈部具有良好的光洁度可防止菌斑附着，并有利于上皮附着。突出的台肩直径较大。通常台肩直径比种植修复体直径大1.0-2.0mm，对上皮袖口形成良好的保护，可以有效的支撑假牙冠桥，使冠桥获得良好的固位。羟基磷灰石填充部位位于台肩以下0.5-1mm处，在种植体基体上用精密雕刻机打一规则形状的孔，孔隙截面宽度约占种植体直径的三分之一，长度约1.5-2.0mm。 

本发明所述的ZrO₂-HA复合的口腔种植修复体的制备工艺步骤： 

(1)将Y₂O₃部分稳定氧化锆粉干压成型，并预烧结，备用，素坯密度为2.90-3.0g/cm³；通常，使用的Y₂O₃的掺杂量为3-5mol％； 

(2)将医用纳米羟基磷灰石干压成型，烧结，备用； 

(3)用精密雕刻机，将氧化锆瓷块通过精加工，制备成种植体基体； 

(4)用精密微型磨床在种植体基体表面加工螺纹； 

(5)在种植体中部，用精密雕刻机钻一小孔，孔的截面宽度约占种植体直径的三分之一，将已加工好的种植体基体高温烧结； 

(6)在纳米羟基磷灰石瓷块上取一小块，大小尺寸与步骤5所述的种植体基体上的钻孔尺寸相同，将羟基磷灰石瓷块与氧化锆种植体基体用医用胶粘结。 

与同类产品相比，本发明的优点及积极效果如下： 

(1)本发明是在现有报道的工作基础上，进一步通过加工方法和材料配比的优化，改进ZrO₂-HA复合材料的性能；在材料性能有所保证的前提下，结合生产实际，简化生产工艺，这不仅有利于该项产品生产工艺的成熟，有效压缩产品成本，也有效的促进了科研成果的实用性转化，推进了此类产品的市场化普及程度。 

(2)本发明所采用原料是直接向厂家采购，原料易得，能够满足生产线批量化的需求。

(3)氧化锆与羟基磷灰石的粘结是本发明的关键点。ZrO₂-HA复合材料在实验室研究中已取得一定进展，主要是有两种方式：一种是氧化锆与羟基磷灰石以一定比例混合，但两种不同粉体的均匀混合需研磨处理，而目前市场上没有这种成品混合粉体，且氧化锆和羟基磷灰石的混合影响了氧化锆的力学性能；另一种是干铺-烧结的方法制备ZrO₂单纯复合和梯度复合HA生物材料，单纯复合主要面临一个问题，ZrO₂和HA系两种完全不同的材料，在干压成型时ZrO₂和HA易分离，且两种材料膨胀系数不一样，烧结后易出现裂纹，而梯度复合也着力解决单纯复合的问题，但梯度分布的配比有待进一步确认，且操作工艺较为繁复，加工成本较高。本发明提出的制备工艺中，将ZrO₂和HA分别进行加工，最后以机械连接的方式用医用胶进行粘结，将种植体和羟基磷灰石的接触部位预先进行清洁处理，然后将医用胶均匀涂敷于粘接部位进行粘结处理，使种植体兼具氧化锆优良的力学性能和羟基磷灰石很好的生物相容性，且操作简便。比单一的ZrO₂式HA种植体具有良好的特性，现有的以金属钛或钛合金的种植体基本为二段式，这是本发明的显著特征之一。 

附图说明

图1为本发明提供的一段式口腔种植修复体结构示意图；一侧面为平面，另一侧面近顶部部位加工成平面； 

图中，1顶部，2颈部，3台肩，4HA填充部位，5ZrO₂种植体基体表面加工成螺纹状；

(a)本发明提供的口腔复合体的正视图； 

(b)为(a)的俯视图； 

(c)为(a)的侧面示意图； 

(d)为(a)的立体示意图。 

具体实施方式

本发明提供的一段式口腔种植修复体如图1所示。所述的种植修复体是由顶部1、颈部2、台肩3、羟基磷灰石填充部位4和螺纹状头部5构成。 

具体制备包括： 

(1)氧化锆坯块制备 

将Y₂O₃部分稳定氧化锆粉干压成型，锆粉要求达到外科植入用氧化锆的标准，压机压力控制在1.5-2.0t/cm²。将坯块在程序式升温电炉中升温至900℃进行预烧结，随后对烧结体采用慢冷的方式冷却，即让其在炉内自然冷却后取出。预烧结的瓷块具有一定的强度和硬度，可加工性较好。 

(2)纳米羟基磷灰石坯块制备 

将医用纳米羟基磷灰石干压成型，压机压力控制在1.5-2.0t/cm²。将坯块在程序式升温电炉中升温至900℃进行烧结，随后对烧结体采用慢冷的方式冷却，即让其在炉内自然冷却后取出。 

(3)制备种植体基体 

用精密雕刻机，将步骤1制作的氧化锆瓷块通过精加工，制备成图1所示的种植体基体。种植体有大小不同的几种规格，且种植体基体需要经高温煅烧后才能成为具有规定力学性能和生物安全性的成品，而高温烧结对氧化锆来说具有明显的收缩作用。因此，种植体基体的加工精度和加工稳定性要求高，不仅要求成品达到相应规格的尺寸，而且经过高温烧结的收缩后，能够保持尺寸的稳定性。要达到这个要求，要从瓷块的原料粉体、瓷块加工和制备精加工这三个方面来考量。粉体是决定最终成品性能的重要因素，粉体要求粒度要均一，配比成分含量稳定；瓷块的加工工艺要求操作规范，做到各项工艺参数操作恒定，干压成型机压力分布均匀，烧结炉密封性好，且烧结时炉腔内热量分布均匀；精密雕刻机进行精加工，要求操作轻便，磨头转速高，收缩比控制精确，符合高加工精度的要求。 

(4)种植体基体表面螺纹加工 

用精密磨床，在种植体基体表面加工螺纹。这有两方面的好处，从机械操作方面来说，临床操作时种植体表面的螺纹能用于和基体表面很好的密合；从生物相容性方面来说，种植体表面有一定的粗糙度，能有利于种植体周围骨组织的生长。 

(5)在种植体中部，用精密雕刻机钻一小孔，孔的截面宽度约占种植体直径的三分之一，将已加工好的种植体基体在电炉中高温烧结。孔隙不宜太大，这样才能保证种植体成品的力学性能。 

(6)在纳米羟基磷灰石瓷块上取一小块，大小与种植体基体上的钻孔尺寸相似，将羟基磷灰石瓷块与氧化锆种植体基体用医用胶粘结，能保证种植体的力学性能和生物相容性，操作简便，可推广性好。 

Claims (8)

1.一种ZrO₂-HA复合的口腔种植修复体，其特征在于所述的种植修复体为一段式种植修复体，它是以ZrO₂陶瓷为基体，与HA以机械方式连接的种植修复体，所述的种植修复体依次由顶部、颈部、台肩、HA填充部位和螺纹状头部组成；所述的机械方式连接是在种植体基体中部，用精密雕刻机钻一小孔，孔的截面宽度为种植体基体直径的三分之一，将已加工好的种植体基体高温烧结；在纳米HA瓷块上取一小块，大小尺寸与所述的种植体基体上的钻孔尺寸相同，将纳米HA瓷块与氧化锆种植体基体用医用胶粘结；HA为羟基磷灰石。

2.按权利要求1所述的修复体，其特征在于所述的种植修复体为圆柱体，圆柱体顶部的两侧对称。

3.按权利要求1所述的修复体，其特征在于顶部至台肩为圆滑曲线，以保证牙龈上皮在最小能量下与种植修复体有良好附合。

4.按权利要求1或3所述的修复体，其特征在于台肩的直径比种植修复体的直径大1.0-2.0mm。

5.按权利要求1所述的修复体，其特征在于HA填充部位为规则形状的孔，位于台肩以下0.5-1mm；HA为羟基磷灰石。

6.按权利要求5所述的修复体，其特征在于HA填充部位的规则形状的孔的截面宽度为种植体直径的1/3，长度为1.5-2.0mm；HA为羟基磷灰石。

7.制作如权利要求1-3、5和6中任一项所述的修复体的方法，其特征在于先将ZrO₂和HA陶瓷烧结成块，然后用精密雕刻机和微型磨床进行精加工和表面加工成螺纹状头部，最后将HA瓷块粘附到种植修复体的基体中；HA为羟基磷灰石。

8.按权利要求7所述的修复体的制作方法，其特征在于：

(1)将Y₂O₃部分稳定氧化锆粉干压成型，并预烧结，备用，素坯密度为2.90-3.0g/cm³；

(2)将医用纳米羟基磷灰石干压成型，烧结，备用；

(3)用精密雕刻机，将氧化锆瓷块通过精加工，制备成种植体基体；

(4)用精密微型磨床在种植体基体表面加工螺纹；

(5)在种植体基体中部，用精密雕刻机钻一小孔，孔的截面宽度为种植体基体直径的三分之一，将已加工好的种植体基体高温烧结；

(6)在纳米羟基磷灰石瓷块上取一小块，大小尺寸与步骤(5)所述的种植体基体上的钻孔尺寸相同，经清洁处理后将羟基磷灰石瓷块与氧化锆种植体基体用医用胶粘结。