在钛合金牙种植体表面制备微米亚微米双级微结构的方法

摘要

本发明公开了一种在钛合金牙种植体表面制备微米—亚微米双级微结构的方法。将钛合金种植体进行活化，直流电解蚀刻以及交流腐蚀等表面改性后，种植体表面即可形成一层微米-亚微米双级微结构形貌。用本发明提供的方法在钛合金牙种植体表面制备微米-亚微米双级微结构形貌，具有引导成骨细胞附着的特性，能在体内模拟天然组织形态，快速引导其表面形成骨基质，促进形成良好的骨结合。从而使钛合金牙种植体可以促进新骨形成、缩短愈合时间，进而达到即刻种植、即刻负载恢复功能的理想效果。

说明书

技术领域

本发明涉及含微结构人工牙根种植体，具体涉及一种在钛合金牙种植体表面制备微米—亚微米双级微结构的方法。

背景技术

随着临床上种植义齿应用的不断增加，越来越突出的临床问题表现为种植一期术后愈合时间仍然较长，给患者的生活和工作造成了很大的不便和心理影响。因此提高种植体的骨愈合速度，缩短一期术后骨愈合时间，加快骨整合界面的形成，早期修复受到了学者们的广泛关注。

经过大量临床和实验研究证明，粗化表面的纯钛种植体比光滑表面的种植体在骨结合速率、骨结合面积以及抗剪切能力上都具有更大的优势。目前，钛金属表面改性主要有喷砂、酸蚀或者喷砂和酸蚀联合处理以及阳极氧化处理技术等；喷砂表面处理虽能很好的增加种植体表面粗糙度，粗糙度可达2-6μm ，但其形成的表面形貌不均匀、不规则，又不能在表面形成三维孔洞，且有残留物，易对种植体表面造成污染。酸蚀表面处理方法能在一定程度上弥补喷砂处理的不足，产生均匀的0.5-2μm的微形貌。故近年来以喷砂加酸蚀的表面处理为主要趋势，目前市场上以瑞士Straumann公司的ITI种植系统最具代表性。阳极氧化处理技术：用电化学阳极氧化方法处理机械磨光表面，增加了钛种植体表面微纹路并改变了表面化学性，如氧化层厚度，微孔结构，晶体结构等。该技术处理的种植体表面是双层氧化结构，外部氧化层是微米孔丰富的多孔膜，内层是没有微孔的屏障膜，孔径≤4μm，氧化物厚度各处不均。此外种植体表面粗化方法还有钛浆涂层法（TPS），羟基磷灰石涂层（HA）等，这些方法使种植体表面粗糙，但无特征性的表面形貌和几何结构，且由于微米级涂层的附着强度不足，导致涂层的剥离使种植失败。    

细胞在材料表面的生长取向受材料表面形貌的调控，其中表面微米形貌受到研究者们的广泛关注。大量文献证明：微米形貌结构能增加骨的机械嵌合力，提高种植体力学性能。Hansson通过对骨-种植体界面一系列的研究，认为深约1. 5μm，直径3-5μm的“碗型”微米凹可以提高种植体的性能，增加骨的机械嵌合力。通过调节纤维蛋白吸附，对成骨细胞有积极作用。

电解蚀刻是指金属表面与电解质发生电化学反应而引起的金属的局部溶解。阳极反应过程即金属离子从金属转移到介质中，放出电子，金属失电子变成金属离子进入溶液中。阴极反应为还原过程即吸收来自阳极电子过程。该方法制备出的表面具有分布规则、均匀，制作过程简单，所需时间短等特点。可形成复杂的几何形貌，是骨植入体表面加工的一种有适用前景的方法。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种在钛合金牙种植体表面制备微米—亚微米双级微结构的方法，从而使钛合金牙种植体可以促进新骨形成、缩短愈合时间，进而达到即刻种植、即刻负载恢复功能的理想效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该方法的步骤，如下： 

（1）钛合金牙种植体表面经活化后，使表面形成均匀、规则的微粗糙表面；超声清洗，干燥；

（2）电极的设置：阳极为钛合金牙种植体，阴极为铂片；

（3）将活化后的钛合金牙种植体置于电解液（HCl 88-110g/L、HF 39-63g/L、NH₄F 10-25g/L）中进行电解蚀刻处理；处理参数：溶液温度18～28℃，处理时间0.5min-4min，电流密度50-300mA/cm²；超声清洗，干燥；获得微米级微结构表面，直径2-5μm；

（4）再将微米级钛合金牙种植体置于氧化性酸中进行交流腐蚀处理，处理参数为：电压2-6V，蚀刻时间20-60s；超声清洗，干燥；使试件表面形成兼具微米—亚微米微结构，亚微米级直径为0.1-0.7μm；

本发明的有益效果是：本发明提供的方法在钛合金牙种植体表面蚀刻出微米-亚微米双级微结构，提高材料的生物相容性和增加成骨细胞活性方面，进一步提高种植体与骨组织的早期骨结合率，为牙种植体早期的负重能力及临床长期成功率打下坚实的基础。 

附图说明  

图1为实施例1钛合金牙种植体经活化后的扫描电镜图；

图2为实施例1钛合金牙种植体经直流电解蚀刻后的扫描电镜图；

图3为实施例1钛合金牙种植体经直流电解蚀刻后再经交流腐蚀后的扫描电镜图；

图4为实施例2钛合金牙种植体经直流电解蚀刻后再经交流腐蚀后的扫描电镜图；

图5为实施例3钛合金牙种植体经直流电解蚀刻后再经交流腐蚀后的扫描电镜图。

具体实施方式

下述实施例用来说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围内。

实施例1：  

（1）钛合金牙种植体表面经活化（置于氢氟酸29g/L和硝酸334g/L中）后，使表面形成均匀、规则的微粗糙表面；分别置于丙酮、95%乙醇、去离子水中超声清洗，干燥；参见图1，图A为×500，图B为×2000。

（2）电极的设置：阳极为钛合金牙种植体，阴极为铂片；

（3）将活化后的钛合金牙种植体置于电解液（HCl 99g/L、HF 51g/L、NH₄F 15g/L）中进行电解蚀刻处理；处理参数：溶液温度20℃，处理时间1min，电流密度300mA/cm²；超声清洗，干燥；参见图2，图A为×27，图B为×2000，图C为×4000。

（4）再将微米级钛合金牙种植体置于HNO₃（246g/L）中进行交流腐蚀处理，处理参数为：电压4V，蚀刻时间30s；丙酮、95%乙醇、去离子水中超声清洗，干燥；使试件表面形成兼具微米—亚微米微结构，微米级结构直径为2-5μm；亚微米级直径为0.1-0.7μm；参见图3，图A为×39，图B为×1000，图C为×4000。

实施例2：

（1）钛合金牙种植体表面经活化（置于氢氟酸29g/L和硝酸334g/L中）后，使表面形成均匀、规则的微粗糙表面；分别置于丙酮、95%乙醇、去离子水中超声清洗，干燥；

（2）电极的设置：阳极为钛合金牙种植体，阴极为铂片；

（3）将活化后的钛合金牙种植体置于电解液（HCl 108g/L、HF 61g/L、NH₄F20g/L）中进行电解蚀刻处理；处理参数：溶液温度22℃，处理时间1.5min，电流密度250mA/cm²；超声清洗，干燥；

（4）再将微米级钛合金牙种植体置于HNO₃（220g/L）中进行交流腐蚀处理，处理参数为：电压6V，蚀刻时间20s；超声清洗，干燥；表面形成兼具微米—亚微米微结构，微米级结构直径为2-5μm；亚微米级直径为0.1-0.7μm；参见图4，为×2000。

实施例3：

（1）钛合金牙种植体表面经活化（置于氢氟酸29g/L和硝酸334g/L中）后，使表面形成均匀、规则的微粗糙表面；分别置于丙酮、95%乙醇、去离子水中超声清洗，干燥；

（2）电极的设置：阳极为钛合金牙种植体，阴极为铂片；

（3）将活化后的钛合金牙种植体置于电解液（HCl 109g/L、HF 60g/L、NH₄F 25g/L）中进行电解蚀刻处理；处理参数：溶液温度18℃，处理时间1min，电流密度80mA/cm²；超声清洗，干燥；

（4）再将微米级钛合金牙种植体置于HNO₃（270g/L）中进行交流腐蚀处理，处理参数为：电压2V，蚀刻时间30s；超声清洗，干燥；使试件表面形成兼具微米—亚微米微结构，微米级结构直径为2-5μm；亚微米级直径为0.1-0.7μm；参见图5，为×2000。