铝硅酸盐辅助沉积含银涂层的种植基台陶瓷材料及制法

摘要

本发明公开了铝硅酸盐辅助沉积含银涂层的种植基台陶瓷材料及制法，解决现有技术中尚未有对陶瓷基台进行抗菌处理的问题。本发明的制法包括以下步骤：在氧化锆瓷片的表面涂覆一层铝硅酸盐后，焙烧，得到烧结的铝硅酸盐涂层瓷片；再浸入硝酸银溶液中，避光条件下，超声波水浴浸渍；浸渍完成后，取出铝硅酸盐涂层瓷片，焙烧，使铝硅酸盐涂层瓷片的涂层上浸渍的硝酸银原位还原，得到铝硅酸盐辅助沉积含银涂层的种植基台陶瓷材料。本发明设计科学，操作简便，兼具美学性和抗菌性，能长时期持续稳定地发挥抗菌作用，且制备方法简单，成本低，安全性高。

说明书

技术领域

本发明属于口腔材料技术领域，具体涉及铝硅酸盐辅助沉积含银涂层的种植基台陶瓷材料及制法。

背景技术

口腔种植已经成为临床牙缺失患者的常规治疗方案。尽管口腔种植的成功率很高，仍有5-11％的植体由于种植失败需要移除。种植失败通常分为两大类：生物力学原因和生物学原因。由于生物学原因导致的种植失败与微生物菌斑积累和细菌感染密切相关。

基台和植体是种植系统的重要组成部分，前者从骨中固定的种植体部延伸，穿过牙龈组织，为种植牙上部结构(例如牙冠、桥、义齿等)提供支持。基台和植体通常由商业纯钛或钛-6铝-4钒合金材料制成。近年来，由于高纯微晶氧化铝、单晶氧化铝(或蓝宝石)和氧化锆陶瓷材料具备良好的美学性能，其应用也越来越广泛。尽管这些材料具有良好的机械力学性能、弹性模量和抗腐蚀性等，尚不具备诱导新骨形成的生物活性和抗菌能力。

目前研究多是围绕植入体设计、表面处理和涂层以及机械/物理性能等方面进行改进促进骨整合。但是由于基台所处的特殊位置和作用，在基台周围建立一个抗菌性跨粘膜封闭区对于植入体的骨整合成功和预防植体周围炎尤为重要。此外，随着人们对前牙种植修复的美学要求不断提高，前牙种植氧化锆基台与钛金属基台的生物相容性和强度相似而美学效果更佳，其应用日益受到重视。

因此，提供一种种植基台陶瓷材料，兼具美学性和抗菌性，能长时期持续稳定地发挥抗菌作用，且制备方法简单，成本低，安全性高，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供铝硅酸盐辅助沉积含银涂层的种植基台陶瓷材料及制法，解决现有技术中尚未有对陶瓷基台进行抗菌处理的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的铝硅酸盐辅助沉积含银涂层的种植基台陶瓷材料的制法，包括以下步骤：

步骤1.在氧化锆瓷片的表面涂覆一层铝硅酸盐后，焙烧，得到烧结的铝硅酸盐涂层瓷片；

步骤2.将步骤1制得的铝硅酸盐涂层瓷片浸入硝酸银溶液中，避光条件下，超声波水浴浸渍；

步骤3.浸渍完成后，取出铝硅酸盐涂层瓷片，焙烧，使铝硅酸盐涂层瓷片的涂层上浸渍的硝酸银原位还原，得到铝硅酸盐辅助沉积含银涂层的种植基台陶瓷材料。

进一步地，还包括前处理步骤，具体为：取氧化锆基台材料，切削成片后，喷砂，清洗，而后焙烧，得到氧化锆瓷片。

进一步地，所述前处理步骤中，采用CAD/CAM技术将氧化锆基台材料切削成片。

进一步地，所述前处理步骤中，焙烧条件为900-1100℃下焙烧10-20分钟。

进一步地，所述步骤1中，将铝硅酸盐与粘接剂混合后，再涂覆于氧化锆瓷片表面。

进一步地，所述步骤1中，铝硅酸盐涂层的厚度小于0.5mm。

进一步地，所述步骤1中，焙烧的具体操作为：将经步骤1处理后的氧化锆瓷片的表面涂覆一层铝硅酸盐后，置于烤瓷炉中，预烧炉内温度至500℃后，保持5-7分钟，而后按75-85℃/分钟的升温速率升温至950-1000℃后保持1分钟，真空或常压条件下保持6分钟，得到烧结的铝硅酸盐涂层瓷片。

进一步地，所述步骤3中的焙烧温度为420-460℃。

进一步地，所述氧化锆基台材料为VITA In- YZ氧化锆全瓷材料；所述铝硅酸盐为VITA VM9粘接效果瓷瓷粉，所述粘接剂为VITA VM9粘接效果瓷专用液。

本发明所述的采用上述的制法制成的种植基台陶瓷材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明设计科学，操作简便，兼具美学性和抗菌性，能长时期持续稳定地发挥抗菌作用，且制备方法简单，成本低，安全性高。

本发明采用了VITA In-Ceram 2000YZ氧化锆全瓷材料制作种植基台。该氧化锆全瓷材料不仅具有超强的弯曲强度、弹性模量及断裂韧性，在透明度、颜色及生物相容性方面也具有优良特性，热膨胀系数(CTE)为(25-500℃)10.5*10^-6*K^-1。该材料在稳定的二氧化锆中适当地加入氧化钇从而得到高温下的致密状态，当外界的能量施加其上产生裂缝时，单个的氧化锆颗粒会在室温下局部的转变为稳定坚固的状态，结构上产生的应力会阻止裂缝的加深，类似钢铁性能，又称为“陶瓷钢铁”。

铝硅酸盐采用VITA VM9精细颗粒烤瓷，其具有相对更低的溶解度、更高的抗弯曲强度和更优良的热稳定性，热膨胀系数(CTE)为(25-500℃)8.8-9.2*10^-6*K^-1。其优点在于塑型时优良的稳定性和培烧后呈现高度均匀的表面效果，有助于提高可加工性能。此外，瓷粉多次焙烧后仍具有十分优良的培烧稳定性，在临床方面展示出与自然牙齿几乎完全相同的性能。

VITA VM9瓷粉作为VITA In- YZ的烧结瓷粉，常压烧结可使烧结后的铝硅酸盐涂层表面呈多孔疏松状，在涂层浸渍硝酸银溶液的过程中深层吸附更多银离子。由于硝酸银加热至440℃时会分解成银、氮气、氧气和二氧化氮，涂层二次烧结时，硝酸银在涂层表面及深层均发生原位还原，得到沉积银，从而使该全瓷材料具备抗菌性。采用上述材料制作的种植基台相较于纯钛材料兼具美学性和抗菌性，适用于前牙美学区种植修复。

本发明中的材料改性方法步骤简单容易实现，充分利用了陶瓷材料自身的高温烧结制作流程及硝酸银高温还原的化学特性，抗菌材料物美价廉，改性过程中尽量减少或不引入可能产生危害的物质，所得涂层亦能牢固附着并持续稳定地发挥抗菌作用。

附图说明

附图1为样件1和样件2的外观形态图；

附图2样件1和样件2涂层表面喷金后电镜(SEM)放大500倍形貌扫描图；

附图3为种植基台陶瓷材料二次烧结前、后外观形态图；

附图4为样件1-1的SEM扫描及EDS分析图，其中左图为SEM形貌扫描图，右图为EDS分析图；

附图5为样件2-1的SEM扫描及EDS分析图，其中左图为SEM形貌扫描图，右图为EDS分析图；

附图6为样件1-5的SEM扫描及EDS分析图，其中左图为SEM形貌扫描图，中间图为EDS分析图，右图为样件1-5的表面银颗粒沉积分布电镜扫描图。

附图7为样件2-5的SEM扫描及EDS分析图，其中左图为SEM形貌扫描图，中间图为EDS分析图，右图为样件2-5的表面银颗粒沉积分布电镜扫描图。

附图8为大肠杆菌浸泡抑菌结果图；

附图9为金黄色葡萄球菌浸泡抑菌结果图；

附图10为大肠杆菌浸提液涂板结果图；

附图11为大肠杆菌浸提液CFU计数图；

附图12为金黄色葡萄球菌浸提液涂板结果图；

附图13为金黄色葡萄球菌浸提液CFU计数图；

附图14为对成骨细胞的增殖影响图；

附图15为对成骨细胞的损伤结果图；

附图16为细胞附着材料后的DAPI染色结果图；

附图17为材料上附着细胞的Western blot检测结果图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开了本发明的铝硅酸盐烧结条件的考察，具体为：

步骤1.将VITA In-Ceram 2000YZ瓷块用CAD/CAM技术切削成厚度1mm，长21mm，宽10mm的瓷片，喷砂后用等离子水清洗5分钟，在VITA Zyrcomat烤瓷炉中1000℃下焙烧15分钟，从烤瓷炉中取出后静置5分钟，得到氧化锆瓷片，备用；

步骤2.在步骤1处理后的氧化锆瓷片表面使用与VITA VM9粘接效果瓷专用液混合的VITA VM9粘接效果瓷瓷粉，涂覆稀薄(<0.5mm)的一层，而后用陶瓷焙烧支架置于烤瓷炉中，先预烧炉内温度至500℃后，保持6分钟，而后按80℃/分钟的升温速率升温至980℃后保持1分钟，真空或常压条件下保持6分钟，得到烧结的铝硅酸盐涂层瓷片。

其中，真空条件下烧结的铝硅酸盐涂层瓷片标记为样件1，常压条件下烧结的铝硅酸盐涂层瓷片标记为样件2。

样件1和样件2的外观形态如附图1所示。

将样件1和样件2涂层表面喷金后电镜(SEM)放大500倍扫描，观察形貌。结果如附图2所示，结果显示，样件1涂层表面更致密，样件2涂层表面疏松多孔。

实施例2

本实施例提供了本发明的铝硅酸盐辅助沉积含银涂层的种植基台陶瓷材料的制法，具体为：

步骤1.将VITA In-Ceram 2000YZ瓷块用CAD/CAM技术切削成厚度1mm，长21mm，宽10mm的瓷片，喷砂后用等离子水清洗5分钟，在VITA Zyrcomat烤瓷炉中1000℃下焙烧15分钟，从烤瓷炉中取出后静置5分钟，得到氧化锆瓷片，备用；

步骤2.在步骤1处理后的氧化锆瓷片表面使用与VITA VM9粘接效果瓷专用液混合的VITA VM9粘接效果瓷瓷粉，涂覆稀薄(<0.5mm)的一层，而后用陶瓷焙烧支架置于烤瓷炉中，先预烧炉内温度至500℃后，保持6分钟，而后按80℃/分钟的升温速率升温至980℃后保持1分钟，常压条件下保持6分钟，得到烧结的铝硅酸盐涂层瓷片，为样件2；

步骤3.用纯硝酸银晶体与蒸馏水，分别配制浓度为1mol/l和5mol/l的硝酸银溶液，将步骤2中制得的铝硅酸盐涂层瓷片切割为小块后，分别置入配制的不同浓度硝酸银溶液中，避光条件下，超声波水浴浸渍30分钟；

步骤4.将所有浸渍过的氧化锆陶瓷片取出，避光条件下，450℃二次烧结，得到铝硅酸盐辅助沉积含银涂层的种植基台陶瓷材料。

其中，将采用1mol/l硝酸银浸渍的种植基台陶瓷材料标记为样件2-1，将采用5mol/l硝酸银浸渍的种植基台陶瓷材料标记为样件2-5。

实施例3

本实施例与实施例2相比，步骤2中，烤瓷炉升温至980℃后保持1分钟，而后于真空条件下保持6分钟，得到烧结的铝硅酸盐涂层瓷片；其余条件均相同。为样件1。

将采用1mol/l硝酸银浸渍的种植基台陶瓷材料标记为样件1-1，将采用5mol/l硝酸银浸渍的种植基台陶瓷材料标记为样件1-5。

将样件1-1、2-1、1-5、2-5进行外观形态比较，结果如附图3所示。其中，样件1-0表示样件1中未浸渍硝酸银部分，2-0表示样件2中未浸渍硝酸银部分。样件切割并浸渍硝酸银溶液后，二次烧结前无特殊颜色显示；样件浸渍并二次烧结后，显示出还原Ag的颜色。

实施例4

将样件1-1、2-1、1-5、2-5进行SEM扫描及EDS分析，结果均可见到银沉积，如附图4至附图7所示。

其中，样件1-1含Ag重量百分比1.53，原子百分比0.31；

样件2-1含Ag重量百分比1.13，原子百分比0.23；

样件1-5含Ag重量百分比1.64，原子百分比0.33；

样件2-5含Ag重量百分比0.74，原子百分比0.14。

实施例5

本实施例提供了种植基台陶瓷材料的抗菌性实验，具体为：

分别取处于对数生长期的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌1OD600(2×10⁹CFU)，接种到10ml无抗生素的LB培养基中，同时分别将各编号的材料置入试管中，在37℃下摇床培养24h。

24h以后，取出材料制备材料浸提液，并测定每个试管中细菌的OD600值换算细菌的数量，结果如附图8、附图9所示，其中“*”代表与空材料(无涂层)组比较“p＜0.05”。

结果显示，样件2-0，2-1，2-5对试管中的大肠杆菌有杀灭作用，与空白瓷片(无涂层)作比较有差异；样件2-0，2-1，2-5和样件1-0对试管中的金球菌有杀灭作用，与空白瓷片(无涂层)作比较有差异。

实施例6

本实施例提供了种植基台陶瓷材料的抗粘附实验，具体为：

将前述实施例5中抗菌性实验中取出的各陶瓷材料用等量无菌生理盐水冲洗三次，浸泡于试管无菌生理盐水中，24h后提取上清液，再用该上清液涂板，观察并计算粘附细菌的生长情况。

对大肠杆菌的抗粘附作用结果如附图10、附图11所示，其中“*”代表与空材料(无涂层)组比较“p＜0.05”。

结果显示，样件1-0，2-0，2-1，2-5附着的细菌少，和空白瓷片作比较有差异，即对大肠杆菌有抗粘附作用。

对金球菌的抗粘附作用结果如附图12、附图13所示，其中“*”代表与空材料(无涂层)组比较“p＜0.05”。

结果显示，样件1-0，2-0，2-1，2-5上附着的细菌少，和空白瓷片作比较有差异，即对金球菌有抗粘附作用。

实施例7

本实施例提供了种植基台陶瓷材料浸提液的CCK-8实验，具体为：

细胞按10⁵个/ml的浓度铺于96孔板内，待其过夜贴壁后，加入制备好的材料浸提液，分别处理24hrs，然后通过CCK-8检测细胞的活力。

其中材料浸提液的制备方法为：将前述实施例5中抗菌性实验中取出的各陶瓷材料用等量无菌生理盐水冲洗三次，浸泡于试管无菌生理盐水中，24h后提取上清液。

因该细胞的细胞周期是20-24hrs，为确保检测的细胞是处于对数生长期以减少因细胞本身状态的影响，CCK-8实验检测的时间点定于24hrs。

结果如附图14所示，样件1-0，2-0，2-1，2-5，1-1，1-5对正常人体细胞的增殖没有显著影响，这提示材料没有细胞毒性或细胞毒性较低。

实施例8

本实施例提供了种植基台陶瓷材料浸提液的LDH实验，具体为：

细胞按5×10⁵个/ml的浓度铺于96孔板内，待其过夜贴壁后，加入制备好的材料浸提液，分别处理24hrs，然后通过LDH检测细胞的完整性和损伤情况。材料浸提液处理细胞24hrs后对成骨细胞无明显损伤作用。

其中材料浸提液的制备方法为：将前述实施例5中抗菌性实验中取出的各陶瓷材料用等量无菌生理盐水冲洗三次，浸泡于试管无菌生理盐水中，24h后提取上清液。

因该细胞的细胞周期是20-24hrs，为确保检测的细胞是处于对数生长期以减少因细胞本身状态的影响，LDH实验检测的时间点定于24hrs。

结果如附图15所示，样件1-0，2-0，2-1，2-5，1-1，1-5对成骨细胞无明显损伤作用。

实施例9

本实施例提供了种植基台陶瓷材料的细胞黏附性实验。

(1)DAPI对种植基台陶瓷材料的荧光染色实验

将材料分别静置平放于六孔板中，然后按2×10⁵个/孔的密度将细胞接种于六孔板中，待细胞过夜稳定贴壁后，使用DAPI对板中材料上附着的活细胞进行染色。

DAPI即4',6-二脒基-2-苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole)，是一种能够与DNA强力结合的荧光染料，常用于荧光显微镜观测。因为DAPI可以透过完整的细胞膜快速与DNA结合，所以它可以用于活细胞和固定细胞的染色。在荧光显微镜观察下，DAPI染剂是利用紫外光波长的光线激发。当DAPI与双股DNA结合时，最大吸收波长为358nm，最大发射波长为461nm，其发散光的波长范围含盖了蓝色至青绿色。

结果如附图16所示，样件1-0，2-0，2-1，2-5，1-1，1-5表面都有正常人体细胞粘附。

(2)种植基台陶瓷材料上附着细胞的Westernblot检测

将附着在种植基台陶瓷材料上的细胞消化下来以后Western blot检测细胞中PI3Kp85、p-Akt和Akt的蛋白质水平，结果如附图17所示，表明样件1-0，2-0，2-1，2-5，1-1，1-5上的附着细胞能够产生相关细胞因子，即都有活性。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。