可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙，其牙根和基臺以及連接螺桿均采用鋇玻璃纖維和PEEK樹脂的復合材料制成，且牙根外圍表面用PEEK樹脂熔粘一層不易吸收的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉層，牙根內部支架與其表面的生物活性玻璃陶瓷層能形成良好結合，且本種植牙的韌性和抗疲勞性強，長時間使用也不會發生折斷現象。另外本種植牙牙根下部剖成兩瓣，在牙槽窩根部屬于松質骨的情況下，可以進一步向下擰入連接螺桿，把牙根根尖撐開，使之向外膨脹，從而增加骨密度和加強初期穩定性，可控性好。本種植牙的設計結構合理，制備方法簡單，適合工業化大批量連續生產，成本比鈦種植牙大幅度下降。
【專利說明】
可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種生物活性玻璃陶瓷種植牙，具體是一種可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙及其制備方法，屬于牙科醫療器械技術領域。
【背景技術】
[0002]我國光電研究所黃占杰教授在30年前已經研究出生物相容性比羥基磷灰石(HA)更好的生物活性玻璃陶瓷(BGC)人工骨材料，而后在鑒定時，華西口腔醫科大學又做了大量的動物試驗和257例臨床病例，如拔牙窩洞的充填及萎縮牙槽骨的增高等，都取得了成功。生物活性玻璃陶瓷植入8周后與骨的結合強度要比同期植入的羥基磷灰石(HA)與骨的結合強度高出20%。生物活性玻璃陶瓷人工骨比羥基磷灰石人工骨不易被組織吸收、強度高，而且它是目前唯一一種既能與骨組織結合又能和軟組織連接的人工生物材料，可用于人體軟硬組織的修復和替換。比如種植牙手術中當牙槽窩因骨量不足有裂口時，使用生物活性玻璃陶瓷種植牙可以修復替代缺口。另外生物活性玻璃陶瓷種植牙在做CT和核磁共震MRI時沒有偽影，顏色和牙本質相近，沒有影響美觀的黑色。生物活性玻璃陶瓷的配方有許多，其基本組成是Si02、P205、B203、Ca0、Mg0、CaF2，有的還加入了Sr0、Zn0、Ag20，以增加硬度、強度和抗菌性能。
[0003]然而，生物陶瓷噴涂種植牙早期都選用金屬鈦作為內部支架材料，金屬鈦的膨脹系數與生物活性玻璃陶瓷相差太大，內部支架與涂層的結合度不好，因此帶生物陶瓷涂層的鈦種植牙在實用中一直存在爭議。從1993年起，我們一直在做生物活性玻璃陶瓷涂層和鈦種植牙相結合的臨床研究，研究發現鈦種植牙經過熱涂層之后會變脆，數年之后折斷的比例加大，所以多年來我們一直在致力于尋找一種韌性和剛性兼備的材料作為內部支架材料。
[0004]聚醚醚酮(PEEK)樹脂是一種具有高強度、高斷裂韌性的塑料，其耐疲勞性可與合金媲美。PEEK樹脂用20%的玻璃纖維復合后，其抗彎模量、沖擊強度、拉伸強度和彎曲強度均可大大提高。用PEEK樹脂和玻璃纖維、碳竹纖維復合制成的支架材料在80年代初已由英國ICI公司開發并商品化，15年前PEEK樹脂已通過n)A、IS013485、IS09001認證作為外科植入材料，我國也在2008年發布了 YY/T0660-2008《外科植入物用聚醚醚酮(PEEK)聚合物的標準規范》，現在PEEK樹脂在臨床上多用于髖關節置換、骨釘、椎間融合器等。經我們研究發現，PEEK樹脂與鋇玻璃纖維復合除了能阻射X射線外，還能提高PEEK樹脂的彈性模量和硬度，降低材料的熱膨脹系數，調整鋇玻璃纖維的比例還可以使復合材料的彈性模量和膨脹系數盡可能與人體骨骼相近，同時也能和生物活性玻璃陶瓷的特性相匹配，其韌性和耐疲勞可靠性好，不用再擔心會有折斷。因此，我們選用鋇玻璃纖維和PEEK樹脂復合材料作為生物活性玻璃陶瓷噴涂種植牙的內部支架材料。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙，以解決現有帶有人工骨涂層的鈦種植牙存在的涂層結合度不好和內部支架耐疲勞可靠性差的問題。
[0006]本發明種植牙的具體結構為:
一種可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙，包括牙根和基臺，牙根和基臺為可分離的二段式結構;所述牙根頂面中心設有基臺連接孔，基臺連接孔的下端連接螺紋孔，螺紋孔的下端連接倒錐形孔，倒錐形孔的錐尖開至牙根的底面，另外在牙根的下半部還設有一條倒水滴形剖切線將牙根的根尖分成兩瓣;所述基臺中心設有全牙螺紋通孔，基臺下部的基粧插入牙根的基臺連接孔內，連接螺桿從基臺中心的全牙螺紋通孔穿過且連接螺桿的下端連接至牙根的螺紋孔內，使基臺固定連接在牙根上;牙冠套接在基臺上，牙冠通過上部的牙冠固位螺釘向下連接至基臺中心的全牙螺紋通孔內進行壓緊固位;所述牙根和基臺采用鋇玻璃中短纖維和PEEK樹脂的復合材料制成，且牙根在其外圍表面上用PEEK樹脂熔粘一層生物活性玻璃陶瓷人工骨粉層;所述連接螺桿和牙冠固位螺釘采用鋇玻璃連續纖維和PEEK樹脂的復合材料制成。
[0007]所述牙根由上至下分為頸部、體部和根部三個部分，其中體部和根部設有三角外螺紋，螺距為1.2mm，牙高為0.35mm，牙根表面的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉層的厚度為0.1?0.4mmο
[0008]所述基臺連接孔為六角倒錐形孔，錐度為8°，基臺的基粧與基臺連接孔的形狀相匹配。
[0009]本發明種植牙的牙根和基臺以及連接螺桿均采用鋇玻璃纖維和PEEK樹脂的復合材料制成，且牙根外圍表面用PEEK樹脂熔粘一層生物活性玻璃陶瓷人工骨粉層，通過調整復合材料的比例，可使復合材料的彈性模量和膨脹系數與人體骨骼相近，同時也能和生物活性玻璃陶瓷的特性相匹配，因此牙根內部支架與其表面的生物活性玻璃陶瓷層能形成良好結合，且本種植牙的韌性和抗疲勞性強，長時間使用也不會發生折斷現象。另外本種植牙牙根下部剖成兩瓣，在牙槽窩根部屬于松質骨的情況下，可以進一步向下擰入連接螺桿，把牙根根尖撐開，使之向外膨脹，從而增加骨密度和加強初期穩定性，可控性好。本種植牙為無金屬種植牙，除了正常種植之外還可以用作前牙不露金屬色的美觀牙種植和即刻種植，以及早期修復受力。本種植牙的設計結構合理，制備方法簡單，適合工業化大批量連續生產，成本比鈦種植牙大幅度下降。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明種植牙的整體結構示意圖。
[0011 ]圖2為牙根根尖被連接螺桿撐開時的示意圖。
[0012]圖3為牙根的結構示意圖。
[0013]圖4為基臺的結構不意圖。
[0014]圖5為連接螺桿的結構示意圖。
[0015]圖6為牙冠固位螺釘的結構示意圖。
[0016]圖中:1-牙根，I.1-基臺連接孔，I.2-螺紋孔，I.3-倒水滴形剖切線，I.4_三角外螺紋，1.5-倒錐形孔，1.6-牙根頸部，1.7-牙根體部，1.8-牙根根部，2-基臺，2.1-全牙螺紋通孔，2.2-基粧，3-連接螺桿，4-牙冠固位螺釘，5-牙冠。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明做進一步的說明。
[0018]如圖1?6所示，本發明的可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙包括牙根I和基臺2，牙根I和基臺2為可分離的二段式結構;所述牙根I頂面中心設有基臺連接孔1.1，基臺連接孔1.1的下端連接螺紋孔1.2，螺紋孔1.2的下端連接倒錐形孔1.5，倒錐形孔1.5的錐尖開至牙根I的底面，另外在牙根I的下半部還設有一條倒水滴形剖切線1.3將牙根I的根尖分成兩瓣;所述基臺2中心設有全牙螺紋通孔2.1，基臺2下部的基粧2.2插入牙根I的基臺連接孔1.1內，連接螺桿3從基臺2中心的全牙螺紋通孔2.1穿過且連接螺桿3的下端連接至牙根I的螺紋孔1.2內，使基臺2固定連接在牙根I上;牙冠5套接在基臺2上，牙冠5通過上部的牙冠固位螺釘4向下連接至基臺2中心的全牙螺紋通孔2.1內進行壓緊固位;所述牙根I和基臺2采用鋇玻璃中短纖維和PEEK樹脂的復合材料制成，且牙根I在其外圍表面上用PEEK樹脂熔粘一層生物活性玻璃陶瓷人工骨粉層;所述連接螺桿3和牙冠固位螺釘4采用鋇玻璃連續纖維和PEEK樹脂的復合材料制成。
[0019]所述牙根I由上至下分為頸部1.6、體部1.7和根部1.8三個部分，其中體部1.7和根部1.8設有三角外螺紋，螺距為1.2mm，牙高為0.35mm，牙根I表面的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉層的厚度為0.1?0.4mm。所述基臺連接孔1.1為六角倒錐形孔，錐度為8°，基臺2的基粧2.2與基臺連接孔1.1的形狀相匹配。
[0020]本發明的可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙的制備方法，包括以下步驟:
步驟1:準備好足量的鋇玻璃中短纖維、鋇玻璃連續纖維、醫用級純PEEK樹脂、生物活性玻璃粉料、甲基丙稀酸樹脂粉料。
[0021]步驟2:取20?30重量份的2?5mm長的鋇玻璃中短纖維與70?80重量份的醫用級純PEEK樹脂進行復合，并壓制成φ 4?Φ 1mm的復合棒材，用此復合棒材經CAD/CAM機加工形成人工牙根初胚和基臺。
[0022]在本步驟中，所述復合棒材也可以采用高強度石英纖維加鋇玻璃粉與醫用級PEEK樹脂進行復合并壓制成型。
[0023]步驟3:取30?40重量份的鋇玻璃連續纖維與60?70重量份的醫用級純PEEK樹脂進行復合，并壓制成Φ 3mm的復合棒材，用此復合棒材經CAD/CAM機加工形成連接螺桿和牙冠固位螺釘。
[0024]步驟4:稱取50重量份的生物活性玻璃粉料加入20?30重量份的水或聚乙烯醇粘性溶液中，再加入20重量份的粒度為10?20μπι的甲基丙稀酸樹脂粉料作為造孔劑并充分攪拌均勻，然后緩慢升溫至120°C干燥2小時，再以3°C/分鐘的速度升溫到950°C并在氧化氣氛中燒結4小時，自然降溫，即得中心有細孔的生物活性玻璃陶瓷人工骨，人工骨再經粉碎篩選后得到粒度為25?50μπι的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉。
[0025]步驟5:取60重量份生物活性玻璃陶瓷人工骨粉和40重量份的醫用級純PEEK樹脂加熱到350°C熔化并充分混合均勻形成人工骨粉膠，再噴涂在人工牙根初胚外圍螺紋表面上，噴涂厚度為100?400μηι。
[0026]在本步驟中，也可以將生物活性玻璃陶瓷人工骨粉和純醫用級PEEK樹脂粉混合均勻后，用靜電涂覆的方式將混合粉末涂覆在人工牙根初胚外圍螺紋表面上，涂覆厚度為100?400μπιο
[0027]步驟6:將外圍涂有人工骨粉膠的人工牙根初胚用CAD/CAM機進行精加工修理外螺紋。
[0028]步驟7:將步驟6加工好的人工牙根放入濃硫酸中，酸蝕I?3分鐘溶掉表層PEEK樹月旨，具體酸蝕時間以人工牙根表面裸露出生物活性玻璃陶瓷人工骨粉為限，即完成以PEEK樹脂復合玻璃纖維為內部支架材料且外圍熔粘有一層生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的人工牙根。
[0029]濃硫酸酸蝕I分鐘可以溶掉約30μπι厚的PEEK樹脂層，以裸露人工骨粉為主，酸蝕時間看具體情況而定。可以增加I?2分鐘以充分裸露為主，過度酸蝕會導致人工骨粉粘接不牢。
[0030]步驟8:將酸蝕處理過的人工牙根用牙科壓力蒸汽清洗器進行清洗，再用超聲震動儀洗去人工牙根表面結合不穩定的人工骨粉，然后消毒備用。
[0031]上述步驟5?8也可采用以下步驟進行替代:
步驟a:先將步驟2所得的人工牙根初胚用CAD/CAM機進行精加工，車制外螺紋，然后取醫用級純PEEK樹脂加熱至350 °C熔化成流動的膠液，均勻噴涂在人工牙根的螺紋部位，噴涂厚度為100?200μπι。
[0032]步驟b:用步驟4所得的粒度為25?30μπι的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉在280?300°C條件下以噴砂的方式噴涂，使人工牙根的螺紋部位表面上布滿一層人工骨粉，再在真空條件下加熱至250 °C保持2小時，讓人工骨粉和PEEK樹脂膠充分浸潤，形成良好的粘合，進而沉積形成一層牢固的生物活性陶瓷人工骨粉層。
[0033]PEEK復合材熱變形溫度高達315°C，在加熱至250°C的情況也不會發生變形。
[0034]步驟c:取牙科用壓力蒸汽清洗器清除人工牙根表面結合不穩的人工骨粉，然后消毒備用。
【主權項】
1.一種可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙，其特征是:包括牙根(I)和基臺(2)，牙根(I)和基臺(2)為可分離的二段式結構;所述牙根(I)頂面中心設有基臺連接孔(1.1)，基臺連接孔(1.1)的下端連接螺紋孔(1.2)，螺紋孔(1.2)的下端連接倒錐形孔(1.5)，倒錐形孔(1.5)的錐尖開至牙根(I)的底面，另外在牙根(I)的下半部還設有一條倒水滴形剖切線(1.3)將牙根(I)的根尖分成兩瓣;所述基臺(2)中心設有全牙螺紋通孔(2.1)，基臺(2)下部的基粧(2.2)插入牙根(I)的基臺連接孔(1.1)內，連接螺桿(3)從基臺(2)中心的全牙螺紋通孔(2.1)穿過且連接螺桿(3)的下端連接至牙根(I)的螺紋孔(1.2)內，使基臺(2)固定連接在牙根(I)上;牙冠(5)套接在基臺(2)上，牙冠(5)通過上部的牙冠固位螺釘(4)向下連接至基臺(2)中心的全牙螺紋通孔(2.1)內進行壓緊固位;所述牙根(I)和基臺(2)采用鋇玻璃中短纖維和PEEK樹脂的復合材料制成，且牙根(I)在其外圍表面上用PEEK樹脂熔粘一層生物活性玻璃陶瓷人工骨粉層;所述連接螺桿(3)和牙冠固位螺釘(4)采用鋇玻璃連續纖維和PEEK樹脂的復合材料制成。2.根據權利要求1所述的種植牙，其特征是:所述牙根(I)由上至下分為頸部(1.6)、體部(1.7)和根部(1.8)三個部分，其中體部(1.7)和根部(1.8)設有三角外螺紋，螺距為1.2mm，牙高為0.35mm，牙根(I)表面的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉層的厚度為0.1?0.4mm。3.根據權利要求1所述的種植牙，其特征是:所述基臺連接孔(1.1)為六角倒錐形孔，錐度為8°，基臺(2)的基粧(2.2)與基臺連接孔(1.1)的形狀相匹配。4.一種如權利要求1所述的可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙的制備方法，其特征是:包括以下步驟: 步驟1:準備好足量的鋇玻璃中短纖維、鋇玻璃連續纖維、醫用級純PEEK樹脂、生物活性玻璃粉料、甲基丙稀酸樹脂粉料； 步驟2:取20?30重量份的2?5mm長的鋇玻璃中短纖維與70?80重量份的醫用級純PEEK樹脂進行復合，并壓制成Φ 4?Φ 1mm的復合棒材，用此復合棒材經CAD/CAM機加工形成人工牙根初胚和基臺； 步驟3:取30?40重量份的鋇玻璃連續纖維與60?70重量份的醫用級純PEEK樹脂進行復合，并壓制成Φ 3mm的復合棒材，用此復合棒材經CAD/CAM機加工形成連接螺桿和牙冠固位螺釘； 步驟4:稱取50重量份的生物活性玻璃粉料加入20?30重量份的水或聚乙烯醇粘性溶液中，再加入20重量份的粒度為10?20μπι的甲基丙稀酸樹脂粉料作為造孔劑并充分攪拌均勻，然后緩慢升溫至120°C干燥2小時，再以3°C/分鐘的速度升溫到950°C并在氧化氣氛中燒結4小時，自然降溫，即得中心有細孔的生物活性玻璃陶瓷人工骨，人工骨再經粉碎篩選后得到粒度為25?50μπι的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉； 步驟5:取60重量份生物活性玻璃陶瓷人工骨粉和40重量份的醫用級純PEEK樹脂加熱至|J350°C熔化并充分混合均勻形成人工骨粉膠，再噴涂在人工牙根初胚外圍螺紋表面上，噴涂厚度為100?400μπι; 步驟6:將外圍涂有人工骨粉膠的人工牙根初胚用CAD/CAM機進行精加工修理外螺紋； 步驟7:將步驟6加工好的人工牙根放入濃硫酸中，酸蝕I?3分鐘溶掉表層PEEK樹脂，具體酸蝕時間以人工牙根表面裸露出生物活性玻璃陶瓷人工骨粉為限，即完成以PEEK樹脂復合玻璃纖維為內部支架材料且外圍熔粘有一層生物活性玻璃陶瓷人工骨粉的人工牙根； 步驟8:將酸蝕處理過的人工牙根用牙科壓力蒸汽清洗器進行清洗，再用超聲震動儀洗去人工牙根表面結合不穩定的人工骨粉，然后消毒備用。5.根據權利要求4所述的可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙的制備方法，其特征是:所述步驟5用以下方法進行替代:將生物活性玻璃陶瓷人工骨粉和純醫用級PEEK樹脂粉混合均勻后，用靜電涂覆的方式將混合粉末涂覆在人工牙根初胚外圍螺紋表面上，涂覆厚度為 100 ?400μηι。6.根據權利要求4所述的可控式膨脹型生物活性玻璃陶瓷種植牙的制備方法，其特征是:所述步驟5?8采用以下步驟進行替代: 步驟a:先將步驟2所得的人工牙根初胚用CAD/CAM機進行精加工，車制外螺紋，然后取醫用級純PEEK樹脂加熱至350 °C熔化成流動的膠液，均勻噴涂在人工牙根的螺紋部位，噴涂厚度為100?200μπι; 步驟b:用步驟4所得的粒度為25?30μπι的生物活性玻璃陶瓷人工骨粉在280?300°C條件下以噴砂的方式噴涂，使人工牙根的螺紋部位表面上布滿一層人工骨粉，再在真空條件下加熱至250°C保持2小時，讓人工骨粉和PEEK樹脂膠充分浸潤，形成良好的粘合，進而沉積形成一層牢固的生物活性陶瓷人工骨粉層； 步驟c:取牙科用壓力蒸汽清洗器清除人工牙根表面結合不穩的人工骨粉，然后消毒備用。
【文檔編號】A61C8/00GK106073916SQ201610408420
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月13日
【發明人】王玉元, 王粵凡, 黃占杰, 黃日勝, 黃舒婉, 易海濤
【申請人】南寧越洋科技有限公司