本發(fā)明屬于醫(yī)用材料制造技術領域，涉及一種穩(wěn)定和高性能的種植體表面制備方法，尤其涉及一種穩(wěn)定高性能的鈦基種植體表面制備方法。

技術背景

自20世紀中期骨結合理論被提出以后，種植體的研究應用取得了顯著進展。種植修復因其以人工牙根作支撐，不需磨除健康鄰牙，咀嚼效率高、異物感小、不損及鄰牙，堅固耐用，并在常規(guī)固定修復無法實現(xiàn)的游離端缺失、全口缺失的情況下都能達到良好的美學和功能修復效果等優(yōu)點而受到廣大缺牙患者的青睞，被譽為“人類的第三副牙齒”。種植技術已經(jīng)成為治療牙列缺損/缺失的常規(guī)治療方法，被越來越多的患者和口腔醫(yī)生接受。

盡管鈦基種植體在臨床上得到了廣泛的應用，并且取得了較高的成功率，但是，仍有三個個問題困擾臨床醫(yī)生和科研工作者：骨整合不足、種植體相關感染和種植體性能的退化。種植獲得成功的必要條件是，組織整合必須早于細菌粘附。從這個意義上來說，發(fā)展同時具有抗菌性能和促骨整合發(fā)生的種植體具有重要意義。為了賦予種植體抗菌性能，目前的研究幾乎全部著眼于表面化學性能的改變，如在表面通過物理吸附或化學結合抗生素、表面參具有抗菌性的元素銀、修飾具有抗菌性的多肽等，這些方法具有明顯或潛在的危害。吸附抗生素存在產(chǎn)生耐藥性潛在危害；表面修飾金屬元素會改變鈦的一些優(yōu)異的生物學性能，影響骨整合；同樣，在表面修飾抗菌肽，其本身或降解產(chǎn)物改變周圍組織對種植體的反應性?；谶@方面考慮，通過表面改性使鈦種植體獲得抗菌性能能提高骨整合性能將是最佳的方案。隨著純鈦種植體的存放，其表面活性下降，導致骨整合能力不佳，種植結果不可預測。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定和高性能的鈦基種植體表面制備方法，包括兩種制備方法，方法一是由噴砂、酸蝕、溫度處理三個關鍵步驟構成(步驟1，2，5)，方法二是由噴砂、酸蝕、二次酸蝕/堿處理、溫度處理四個關鍵步驟構成(步驟1，2，3或4，5)。具體步驟如下：

(1)噴砂：用20～100目的噴砂材料對光滑的種植體表面進行噴砂處理，噴砂壓力為3～10bar，最佳壓力為4～6bar，其中40～60目砂為最佳，噴砂時間為10～600秒，其中最佳噴砂時間為30～150秒。噴砂后的鈦種植體，分別用丙酮、乙醇和純水超聲處理15分鐘，然后，用大量純凈水沖洗，氮氣吹干；獲得十幾微米到幾十微米的彈坑狀起伏；

其中噴砂材料選用金鋼砂、氧化鋁、噴丸玻璃珠、鋁珠、鋼砂、鋼珠、塑料砂、樹脂砂、核桃砂、氧化鈰或氧化鋯。

(2)酸蝕處理：用草酸(酸蝕方法一)或硫酸(H₂SO₄)和鹽酸(HCl)的混合溶液(酸蝕方法二)或氫氟酸(HF)和硝酸(HNO₃)的混合溶液(酸蝕方法三)，選擇其中一種處理方法酸蝕后，在一定的溫度條件和相應的時間下處理，處理后用大量清水洗凈。

酸蝕方法一：噴砂、超聲清洗后的鈦片在草酸溶液中處理30-240分鐘，其中最佳處理時間為45-90分鐘，草酸的質量濃度為30％至飽和，最佳質量濃度為37.5％，處理溫度為60℃到沸水浴，最佳溫度為80℃至沸水浴。處理后的鈦種植體用大量水沖洗干凈，氮氣吹干。

酸蝕方法二：噴砂、超聲清洗后的鈦片用H₂SO₄和HCl的混合溶液處理，處理時間為30秒-180秒，其中最佳處理時間為50-80秒，溶液溫度為90-150℃，其中最佳溫度為溶液的99-103℃，其中混合溶液中硫酸的質量濃度為30％-80％，鹽酸的質量濃度為1％-8％，硫酸的最佳濃度范圍為45％-55％，鹽酸的最佳濃度范圍為2.5-5％。處理后的種植體直接用大量水沖洗。

酸蝕方法三：噴砂、超聲清洗后的鈦片用HF和HNO₃的混合溶液室溫下處理1～20分鐘，其中最佳處理時間為3-10分鐘，混合溶液中HF的摩爾濃度為0.06～0.15M，最佳濃度為0.11～0.13M，HNO₃摩爾濃度為0.07～0.15M，最佳濃度為0.08～0.12M。處理后的鈦板或者鈦種植體直接用大量水沖洗，干燥；再用HCl和H₂SO₄混合液65～95℃處理15～45分鐘，最佳處理溫度為75～90℃，最佳處理時間為20-35分鐘，混合溶液中HCl的摩爾濃度為1.8～4mol/L(M)，H₂SO₄的摩爾濃度為3.5～5M，其中HCl的最佳濃度為2.4-3.5M，H₂SO₄的最佳濃度為4.2～4.6M。

(3)二次酸蝕：二次酸蝕的條件為：用質量濃度為98％的H₂SO₄溶液和質量濃度為30％的H₂O₂的混合酸溶液處理，其中混合溶液中質量濃度為98％的H₂SO₄溶液和質量濃度為30％的H₂O₂溶液的體積比為7:3～3:7，其中最佳比例為6:4～4:6；混合溶液溫度為1～40℃，最佳溫度為20～30℃；鈦板或者鈦種植體表面處理時間為5～60min，其中最佳時間為10～40min，形成多尺度微納復合結構。

(4)堿處理的條件為：NaOH的質量濃度為0.1％至飽和，處理溫度為0℃至沸騰，處理時間為0.1～120分鐘，獲得多尺度多孔復雜結構的種植體表面，其中最佳條件為NaOH的質量濃度選為1％～30％，處理溫度選為60℃～90℃，處理時間選為5～60分鐘。

(5)溫度處理：酸蝕后的種植體直接用400～650℃處理處理5分鐘～180分鐘，最佳溫度為450℃～550℃，最佳處理時間為15～60分鐘，處理完后室溫下自然降溫，在基本保持原來的微米孔洞結構的基礎上表面獲得氧化鈦晶體結構，從而獲得具有抗菌、高成骨性能的鈦種植體表面。溫度處理的關鍵在于基本保持噴砂、酸蝕形成的微米尺度結構或者噴砂、酸蝕、二次酸蝕/堿處理形成的微納復合結構的基礎上，在表面形成多尺度微納復合結構氧化鈦晶體結構。

本發(fā)明提供一種穩(wěn)定、高性能的鈦種植體表面改性方法，該方法通過噴砂獲得大尺度的起伏結構，然后通過酸蝕獲得微米尺度結構/微納復合結構，最后通過溫度處理，都獲得了具有氧化鈦晶型的微納復合結構種植體表面。相比于我們前期研究中公布的幾種制備具有高于臨床常用種植表面活性的方法(一種超親水微納復合的牙種植體表面的制備方法201210017409.5，一種多尺度復雜結構的牙種植體表面的制備方法201210017408.0，一種微納復合結構的鈦種植體表面制備方法201210399987.X，一種多尺度多孔復雜結構的種植體表面的制備方法201410501569.6，一種仿生多功能的鈦基植入體表面的構建201410501568.1)，通過本方法制備的種植體表面，在基本保持原有微納結構的基礎上，使表面獲得了結晶態(tài)的氧化鈦，這些種植體表面具有良好的骨整合能力，而且這些穩(wěn)定的結晶態(tài)氧化鈦表面在自然存放條件下非常穩(wěn)定，具有良好的抗老化性能；在紫外激發(fā)后，這些表面可以進一步顯著提高骨整合能力，具有比已報道純鈦或氧化鈦種植體表面更強的抗菌活性和成骨活性。并在植入后前12個小時內具有比現(xiàn)有已報道各種純鈦或氧化鈦表面紫外激發(fā)后更強的廣譜抗菌性能。這些表面可用于各種鈦基植入體表面。

本發(fā)明的通過噴砂、酸蝕結合溫度處理獲得的種植體表面具有優(yōu)異的成骨性能，與不具有氧化鈦晶體結構的相應表面相比，這些表面具有極好的抗老化能力；同時這些表面在植入前用有效量紫外照射處理后，可以獲得更優(yōu)異的促進細胞生長和骨組織再生的性能，并獲得極佳的窗口期廣譜抗菌能力，這二者對于進一步提高種植體的成骨性能及成功率具有極大意義。

附圖說明

圖1是草酸處理表面溫度處理前后的電鏡圖，A：溫度處理前，B：500℃30分鐘，C：500℃60分鐘。

圖2是H₂SO₄/HCl處理表面溫度處理前后的電鏡圖，A：溫度處理前，B：400℃60分鐘，C：400℃120分鐘。

圖3是溫度處理對H₂SO₄/HCl處理表面堿性磷酸酶活性的影響。

圖4是溫度處理對H₂SO₄/HCl處理表面的骨鈣素分泌的影響。

圖5是大腸桿菌在不同表面的結晶紫定量。

圖6是H₂SO₄/HCl處理溫度處理前后的X線衍射圖譜。

圖7是HF/HNO₃處理表面溫度處理前后的電鏡圖，A溫度處理前，B 600℃30分鐘，C600℃60分鐘。

圖8是溫度處理對微納復合結構表面形貌影響的掃描電鏡觀察，A溫度處理前，B 500℃30分鐘，C 500℃60分鐘。

具體實施方式

本發(fā)明結合實施例作進一步的說明，由于本發(fā)明可以在所有體內永久性植入的具有穩(wěn)定、高性能的植體表面進行構建，促進植入體和骨組織間的骨整合，并賦予植體抗老化性能，實現(xiàn)提高植入體的成功率。本發(fā)明的實施例只是為了更好說明本發(fā)明的性能特征，并不完全包含本專利的所保護內容。所有主要經(jīng)過本發(fā)明的噴砂、化學刻蝕(一次或多次)、溫度處理程序獲得高成骨性能的、微納復合結構的、氧化鈦晶體結構種植體表面都在本專利的保護范圍以內。

實施例一

表面光滑的鈦種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂60秒，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15分鐘，然后大量純凈水洗凈，氮氣吹干。

然后直接放入已充分溶解的質量濃度為37.5％的草酸溶液中沸水浴60分鐘，用大量水沖洗，氮氣吹干。

將上述草酸處理后的種植體500℃處理30分鐘，室溫下自然降溫。

實施例二

表面光滑的鈦種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂60秒，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15分鐘，然后大量純凈水洗凈，氮氣吹干。

然后直接放入已充分溶解的質量濃度為37.5％的草酸溶液中沸水浴60分鐘，大量水沖洗，氮氣吹干。

將上述草酸處理后的種植體500℃處理60分鐘，室溫下自然降溫。

實施例三

實施例一、二中制備的表面用于場發(fā)射掃描電鏡形貌觀察。圖1顯示其形貌特征，溫度處理過程基本上保持了溫度處理前的微觀結構。

實施例四

表面光滑的種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂1分鐘，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15分鐘，然后大量純水洗凈，氮氣吹干。獲得幾十到十幾微米的大起伏。

吹干后的種植體直接放入沸騰的硫酸和鹽酸的混合溶液，其中硫酸的質量濃度為50％，鹽酸的質量濃度為3％，60秒后取出，迅速用大量純水清洗干凈。獲得1微米左右的孔洞結構。

將上述混酸處理后的種植體400℃處理60分鐘，室溫下自然降溫。

實施例五

表面光滑的種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂1分鐘，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15分鐘，然后大量純水洗凈，氮氣吹干。獲得幾十到十幾微米的大起伏。

吹干后的種植體直接放入沸騰的硫酸和鹽酸的混合溶液，其中硫酸的質量濃度為50％，鹽酸的質量濃度為3％，60秒后取出，迅速用大量純水清洗干凈。獲得1微米左右的孔洞結構。

將上述混酸處理后的種植體400℃處理120分鐘，室溫下自然降溫。

實施例六

實施例四、五中制備的表面用于場發(fā)射掃描電鏡形貌觀察。圖2顯示其形貌特征，溫度處理過程基本上保持了溫度處理前的微觀結構。

實施例七

將MC3T3-E1細胞培養(yǎng)于實施例四、五中制備的表面，在添加10％胎牛血清的α-MEM培養(yǎng)液添加50μg/ml抗壞血酸和10mMβ甘油磷酸酯，培養(yǎng)于37攝氏度，5％CO₂環(huán)境中。培養(yǎng)3天、7天和14天后檢測細胞的堿性磷酸酶活性。圖3顯示的是溫度處理對H₂SO₄/HCl體系表面堿性磷酸酶活性的影響。

實施例八

將MC3T3-E1細胞培養(yǎng)于實施例四、五中制備的表面，在添加10％胎牛血清的α-MEM培養(yǎng)液添加50μg/ml抗壞血酸和10mMβ甘油磷酸酯，培養(yǎng)于37攝氏度，5％CO₂環(huán)境中。培養(yǎng)14天后檢測細胞的骨鈣素分泌。圖4顯示的是溫度處理對H₂SO₄/HCl體系表面骨鈣素分泌的影響。

實施例九

表面光滑的種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂1分鐘，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15分鐘，然后大量純水洗凈，氮氣吹干。獲得幾十到十幾微米的大起伏。

吹干后的種植體直接放入沸騰的硫酸和鹽酸的混合溶液，其中硫酸的質量濃度為50％，鹽酸的質量濃度為3％，60秒后取出，迅速用大量純水清洗干凈。獲得1微米左右的孔洞結構。

將上述混酸處理后的種植體400℃處理60分鐘，室溫下自然降溫。用紫外燈照射24小時，2mW/cm²(λ＝250±20nm)。

實施例十

表面光滑的種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂1分鐘，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15分鐘，然后大量純水洗凈，氮氣吹干。獲得幾十到十幾微米的大起伏。

吹干后的種植體直接放入沸騰的硫酸和鹽酸的混合溶液，其中硫酸的質量濃度為50％，鹽酸的質量濃度為3％，60秒后取出，迅速用大量純水清洗干凈。獲得1微米左右的孔洞結構。

將上述混酸處理后的種植體400℃處理120分鐘，室溫下自然降溫。用紫外燈照射24小時，2mW/cm²(λ＝250±20nm)。

實施例十一

實施例九、十中制備的表面用于抗菌實驗。將大腸桿菌培養(yǎng)于實施例十、十一中制備的表面，在0.5小時、2小時、6小時和12小時，用結晶紫溶液對粘附于表面的細菌進行染色，再用95％乙醇溶解結晶紫，用酶標儀570nm測吸光度。圖5顯示的是大腸桿菌在H₂SO₄/HCl處理表面及實施例九、十表面的粘附情況。

實施例十二

表面光滑的種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂1分鐘，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15分鐘，然后大量純水洗凈，氮氣吹干。獲得幾十到十幾微米的大起伏。

吹干后的種植體直接放入沸騰的硫酸和鹽酸的混合溶液，其中硫酸的質量濃度為50％，鹽酸的質量濃度為3％，60秒后取出，迅速用大量純水清洗干凈。獲得1微米左右的孔洞結構。

將上述混酸處理后的種植體500℃處理15分鐘，室溫下自然降溫。

實施例十三

表面光滑的種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂1分鐘，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15分鐘，然后大量純水洗凈，氮氣吹干。獲得幾十到十幾微米的大起伏。

吹干后的種植體直接放入沸騰的硫酸和鹽酸的混合溶液，其中硫酸的質量濃度為50％，鹽酸的質量濃度為3％，60秒后取出，迅速用大量純水清洗干凈。獲得1微米左右的孔洞結構。

將上述混酸處理后的種植體500℃處理30分鐘，室溫下自然降溫。

實施例十四

表面光滑的種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂1分鐘，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15分鐘，然后大量純水洗凈，氮氣吹干。獲得幾十到十幾微米的大起伏。

吹干后的種植體直接放入沸騰的硫酸和鹽酸的混合溶液，其中硫酸的質量濃度為50％，鹽酸的質量濃度為3％，60秒后取出，迅速用大量純水清洗干凈。獲得1微米左右的孔洞結構。

將上述混酸處理后的種植體500℃處理45分鐘，室溫下自然降溫。

實施例十五

實施例十二、十三、十四中制備的表面用于X射線衍射分析。圖6顯示的是溫度處理對H₂SO₄/HCl體系表面物相組成的影響。

實施例十七

表面光滑的種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂1分鐘，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15分鐘，然后大量純水洗凈，氮氣吹干。獲得幾十到十幾微米的大起伏。

吹干后的種植體直接放入冷卻至室溫的HF和HNO₃混合溶液10分鐘，混合溶液中HF摩爾濃度為0.11M，HNO₃的摩爾濃度為0.09M，迅速用大量純水清洗干凈。再用HCl和H₂SO₄混合液80℃處理20分鐘，其中混合溶液中HCl摩爾濃度為2.9M，H₂SO₄摩爾濃度為4.5M。這樣可以在噴砂幾十個微米級的起伏上獲得亞微米級的結構。

將上述混酸處理后的種植體600℃處理30分鐘，室溫下自然降溫。

實施例十八

表面光滑的種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂1分鐘，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15分鐘，然后大量純水洗凈，氮氣吹干。獲得幾十到十幾微米的大起伏。

吹干后的種植體直接放入冷卻至室溫的HF和HNO₃混合溶液10分鐘，混合溶液中HF摩爾濃度為0.11M，HNO₃的摩爾濃度為0.09M，迅速用大量純水清洗干凈。再用HCl和H₂SO₄混合液80℃處理20分鐘，其中混合溶液中HCl摩爾濃度為2.9M，H₂SO₄摩爾濃度為4.5M。這樣可以在噴砂幾十個微米級的起伏上獲得亞微米級的結構。

將上述混酸處理后的種植體600℃處理60分鐘，室溫下自然降溫。

實施例十九

實施例十七、十八中制備的表面用于場發(fā)射掃描電鏡形貌觀察。圖7顯示其形貌特征，溫度處理過程基本上保持了溫度處理前的微觀結構。

實施例二十

表面光滑的種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂1分鐘，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15min，然后大量純水洗凈，氮氣吹干。獲得幾十到十幾微米的大起伏。

吹干后的種植體直接放入沸騰的硫酸和鹽酸的混合溶液，其中硫酸的質量濃度為50％，鹽酸的質量濃度為3％，60秒后取出，迅速用大量純水清洗干凈。

將處理好的種植體放入10％質量濃度的NaOH 80℃處理5min，大量純水沖洗，氮氣吹干。

再將具有微納復合結構的表面500℃處理30min，室溫下自然冷卻。

實施例二十一

表面光滑的種植體用40-60目金剛砂，在5bar壓力下，均勻噴涂1分鐘，噴涂后的種植體分別用丙酮、乙醇和純水在超聲情況下，清洗15min，然后大量純水洗凈，氮氣吹干。獲得幾十到十幾微米的大起伏。

吹干后的種植體直接放入沸騰的硫酸和鹽酸的混合溶液，其中硫酸的質量濃度為50％，鹽酸的質量濃度為3％，60秒后取出，迅速用大量純水清洗干凈。

將處理好的種植體放入10％質量濃度的NaOH 80℃處理5min，大量純水沖洗，氮氣吹干。

再將具有微納復合結構的表面500℃處理60min，室溫下自然冷卻。

實施例二十二

實施例二十、二十一中制備的表面用于場發(fā)射掃描電鏡形貌觀察。圖8顯示其形貌特征，溫度處理過程基本上保持了溫度處理前的微納復合結構。