專利名稱：新型生物復(fù)合材料人工牙根的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)生物材料技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
人工牙根，是將人工材料制成的種植牙，經(jīng)手術(shù)植入失牙區(qū)頜骨內(nèi)，在穿過牙槽粘膜、暴露于口腔內(nèi)的基樁上完成義齒或假牙的修復(fù)。對人工種植牙及其種植材料的研究已有幾十年。
醫(yī)用植入材料要求對人體組織生物相容性好，無致癌、致畸形、無變態(tài)反應(yīng)、無異物反應(yīng)等毒副作用。材料還應(yīng)具有良好的生物穩(wěn)定性、安全性，長期能在體內(nèi)保持原有的物理機(jī)械性能，不被腐蝕，不降解，有一定強(qiáng)度，與植入部位的組織能形成生物性結(jié)合，在口腔溫度變化范圍內(nèi)體積穩(wěn)定。
目前國內(nèi)外作為牙種植體的生物材料主要有五種金屬、陶瓷、玻璃碳、合成樹脂及復(fù)合材料，它們各有優(yōu)缺點。金屬材料現(xiàn)常用的是金屬鈦及鈦合金，鈷鉻合金，還有不銹鋼等。目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的純鈦及鈦合金牙種植體，它與骨組織不是直接結(jié)合，而是在種植體周圍通過層狀纖維包裹，是一種惰性生物材料，因而不具有生物活性；另外，它的抗斷裂強(qiáng)度較低，在操作中易折斷，且因微量純金屬離子易逸出而影響其生物相容性。并且它的冶煉及成型加工工藝復(fù)雜，設(shè)備條件要求高，價格較貴。有的在鈦金屬牙根表面用等離子噴涂上羥基磷灰石的方法來彌補(bǔ)其不足，但高溫噴涂會導(dǎo)致羥基磷灰石變性，且涂層易脫落，影響其生物相容性。國外一般已不將噴涂的鈦金屬種植體用于臨床。
陶瓷材料的人工牙種植體，有單晶及多晶氧化鋁、羥基磷灰石、陶瓷生物玻璃等。國外如瑞士等用高純度的三氧化二鋁燒制成單晶或多晶的人工牙根。但三氧化二鋁屬惰性生物陶瓷，與骨組織結(jié)合仍有纖維包裹，且具有陶瓷脆性，加工困難，在操作中易斷裂，強(qiáng)度不夠，雖具有較好的力學(xué)性能，但斷裂韌性較低，臨床上現(xiàn)已很少使用；國內(nèi)用羥基磷灰石和生物玻璃陶瓷制成牙根種植體，雖具有生物活性，但它的機(jī)械力學(xué)性能與骨組織相距甚遠(yuǎn)，滿足不了臨床上的功能要求，已不用。
玻璃碳也屬生物惰性陶瓷，雖然強(qiáng)度高，彈性模量與骨相似，有良好的生物相容性，但由于彈性模量較高，不與生物組織發(fā)生生物性結(jié)合；且色黑不美觀，加工困難，難成型；目前種植牙根已很少用此種材料。
復(fù)合樹脂材料制成的人工牙種植體由于在體內(nèi)易于降解、老化等，導(dǎo)致其強(qiáng)度迅速下降，降解物質(zhì)還可能對人體組織產(chǎn)生毒性作用，因此現(xiàn)在較少選用復(fù)合樹脂作為種植材料，目前僅有聚砜及其復(fù)合材料的人工種植體較有希望。
隨著生物材料研究和應(yīng)用的發(fā)展，單一材料的種植體常常不能同時滿足生物相容性及力學(xué)性能的要求，制作復(fù)合生物材料種植體逐漸成為發(fā)展的方向。
復(fù)合材料種植體因保留了上述各種材料的優(yōu)點而又克服了存在的缺點，因而是比較有前途的種植材料，國外復(fù)合種植材料的售價在1800～3000美元/枚，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值。中國專利92105372.X公開了一種″生物活性傾斜功能陶瓷材料″，公開號為CN1080627A，它的成份在一個側(cè)面為穩(wěn)定或部份穩(wěn)定氧化鋯或氧化鋁、氧化鋯復(fù)合氧化鋁，另一個側(cè)面成份為羥基磷灰石(HA)、β型磷酸三鈣(β-TCP)、α型磷酸三鈣(α-TCP)、生物活性玻璃，也可以是它們以任意比例混合的復(fù)合材料，它適用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，作為人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒根、骨固定夾板等。新近發(fā)展起來的生物陶瓷是一種與骨組織理化性質(zhì)相似的新型復(fù)合種植材料，具有良好的生物相容性和生物活性。八十年代以來受到中內(nèi)外的高度重視，發(fā)展迅速。如申請人在中國專利91105238.0中公開的″復(fù)合生物陶瓷″，授權(quán)公告號為CN1025956C，它具有耐高溫、耐沖刷、耐腐蝕、高耐磨、高硬度、高強(qiáng)度低蠕變速率等一系列的優(yōu)異性能，是金屬材料或高分子材料所不能相比的。但是生物陶瓷和其它陶瓷一樣，存在塑性變形能力差、斷裂韌性低、不易成型，機(jī)械力學(xué)性能和強(qiáng)度不夠，受外力時易突然發(fā)生脆斷的問題，因而不能滿足臨床上的功能要求。
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明提出一種新型生物復(fù)合材料人工牙根，它采用有效的增韌方法提高生物陶瓷的斷裂韌性，制得的人工牙根具有較好的生物相容性和生物活性，能與骨組織產(chǎn)生直接結(jié)合，使其脆性得到明顯改善，韌性有大幅度提高。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)人工牙根生物陶瓷由二氧化鋯(ZrO2)超細(xì)粉末與生物陶瓷人工骨(簡稱CBC，土晶相為Na2Ca4PO4SiO4)進(jìn)行復(fù)合燒結(jié)而得。具體是將添加了穩(wěn)定劑的二氧化鋯超細(xì)粉末和復(fù)合生物陶瓷人工骨粉末按7～10∶2～3的比例混合加壓鑄成型，在1200～1700℃高溫下復(fù)合燒結(jié)并在上限溫度下保溫1～2小時即成制品，它有ZrO2四方晶相及立方晶相70～95％,Na2Ca4PO4SiO4占5～30％。
所述二氧化鋯超細(xì)粉末添加的穩(wěn)定劑為Y2O3、CaO或是MgO。
所述二氧化鋯超細(xì)粉末的徑粒為0.02～0.5μ。
圖面說明

圖1為制備二氧化鋯(ZrO2)超細(xì)粉末的工藝流程圖。
圖2為制備二氧化鋯超細(xì)粉末與CBC生物陶瓷人工骨復(fù)合燒制人工牙根藝流程圖。
已經(jīng)知道，由高純度二氧化鋯構(gòu)成的惰性生物陶瓷，是一類新發(fā)展的生物材料，它不僅有良好的耐磨性、抗生理腐蝕性和生物相容性，而且其斷裂韌性和強(qiáng)度都優(yōu)于現(xiàn)有的生物材料，它主要用于人工關(guān)節(jié)等硬組織的修復(fù)和替換。利用二氧化鋯的增韌機(jī)制可以提高新合成復(fù)合生物陶瓷的斷裂韌性，并使其抗彎強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度得到較大提高。
在本發(fā)明提出的陶瓷人工牙根種植體材料中，作為增強(qiáng)體的氧化鋯采用溶膠——凝膠法制得，它是一種借助于膠體分散系的化學(xué)制粉方法。由于膠體粒徑通常都在幾十納米以下，膠體十分穩(wěn)定，可使多金屬離子均勻穩(wěn)定地分布于其中，膠體脫水后就變成凝膠，從而獲得活性極高的超細(xì)粉，粉體純度高，燒結(jié)性良好。將氯氧化鋯添加部份穩(wěn)定劑，如氧化鈣，制備成納米級二氧化鋯(ZrO2)超細(xì)粉末，在1700～1800℃高溫、真空下燒結(jié)成部份穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷，含有20g(mol)氧化鈣的四方晶相為主的納米級二氧化鋯陶瓷在室溫下為四方晶相和立方晶相及少量斜方相，制備工藝流程圖如圖1所示。
CBC復(fù)合生物陶瓷在1200～1400℃高溫下燒成，詳見中國專利91105238.0中公開的″復(fù)合生物陶瓷″。
如圖2所示，將上述兩種細(xì)粒度相近的粉體按比例混合并經(jīng)球磨混均后熱壓制成陶瓷牙根生坯，放入常壓燒結(jié)爐內(nèi)高溫?zé)Y(jié)。通過微晶和相變增韌，氧化鋯顆粒彌散分布于CBC復(fù)合人工骨中，得到生物相容性好，耐磨、耐腐蝕、高強(qiáng)度的新型生物陶瓷材料?？勺鳛槿斯ぱ栏N植體，人工牙根種植在人體頜骨內(nèi)，在其上修復(fù)牙冠，以使牙缺失得到修復(fù)，它在生物體內(nèi)使用可長期保持其生物安全性和力學(xué)穩(wěn)定性，同時其結(jié)構(gòu)中的生物活性人上骨能夠同骨形成骨鍵合，保持了生物活性，是一種能用于承力的生物活性復(fù)合陶瓷。
實施例1
用含CaO20gmol的穩(wěn)定劑和氯氧化鋯為原料，采用溶膠——凝膠法，使二者金屬鹽形成溶液，加入況淀劑，不斷攪拌，使二者形成氫氧化物膠體，膠體分散均勻，這幾種金屬離子均勻穩(wěn)定分布在其中，經(jīng)充分洗滌脫水后就變成凝膠，從而獲得氧化鋯超細(xì)粉末，再與CBC生物陶瓷人工骨(主晶相為NaPO SiO)在相近似的粒度下按7∶3比例混均，注漿成型后在1300～1600℃高溫下燒結(jié)，在1600℃保溫1小時，即得到制品，其抗彎強(qiáng)度大于300MPa。
實施例2將粒徑在0.02～0.5μ范圍內(nèi)，由20gmol的氧化鈣部份穩(wěn)定的氧化鋯超細(xì)粉末與CBC活性生物陶瓷(主晶相為Na2PO4SiO4)按8∶2比例混均，在1450～1600℃真空下高溫?zé)Y(jié)，在1600℃保溫1小時，得到的人工牙根抗彎強(qiáng)度大于300MPa。
權(quán)利要求
1．生物復(fù)合材料人工牙根，成份包括二氧化鋯(ZrO2)超細(xì)粉末和復(fù)合生物陶瓷人工骨(簡稱CBC，主晶相為Na2Ca4PO4SiO4)，其特征在于將添加穩(wěn)定劑的二氧化鋯超細(xì)粉末和復(fù)合生物陶瓷人工骨粉末按7～10∶2～3的比例混合加壓鑄成型，在1200～1700℃高溫下復(fù)合燒結(jié)，并在上限溫度下保溫1～2小時即成制品，有ZrO2四方晶相及立方晶相70～95％，Na2Ca4PO4SiO4占5～30％。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工牙根，其特征在于二氧化鋯超細(xì)粉末添加的穩(wěn)定劑為Y2O3、CaO、MgO。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工牙根，其特征在于二氧化鋯超細(xì)粉末的徑粒為0.02～0.5μ。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)生物材料技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,它采用有效的增韌方法提高生物陶瓷的斷裂韌性,是將添加穩(wěn)定劑的二氧化鋯超細(xì)粉末和復(fù)合生物陶瓷人工骨粉末按7～10∶2～3的比例混合加壓鑄成型,在1200～1700℃高溫下復(fù)合燒結(jié),并在上限溫度下保溫1～2小時即成制品,有ZrO
文檔編號A61K6/02GK1234224SQ99114688
公開日1999年11月10日 申請日期1999年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月26日
發(fā)明者吳恩格, 丁仲娟, 李和平 申請人:昆明醫(yī)學(xué)院, 昆明冶金研究院