技术领域
[0001] 本
发明属于医用材料制造技术领域，涉及一种稳定和高性能的种植体表面制备方法，尤其涉及一种稳定高性能的
钛基种植体表面制备方法。技术背景
[0002] 自20世纪中期骨结合理论被提出以后，种植体的研究应用取得了显著进展。种植修复因其以人工
牙根作
支撑，不需磨除健康邻牙，咀嚼效率高、异物感小、不损及邻牙，坚固耐用，并在常规固定修复无法实现的游离端缺失、全口缺失的情况下都能达到良好的美学和功能修复效果等优点而受到广大缺牙患者的青睐，被誉为“人类的第三副
牙齿”。种植技术已经成为
治疗牙列缺损/缺失的常规治疗方法，被越来越多的患者和
口腔医生接受。
[0003] 尽管钛基种植体在临床上得到了广泛的应用，并且取得了较高的成功率，但是，仍有三个个问题困扰临床医生和科研工作者：
骨整合不足、种植体相关感染和种植体性能的退化。种植获得成功的必要条件是，组织整合必须早于细菌粘附。从这个意义上来说，发展同时具有抗菌性能和促骨整合发生的种植体具有重要意义。为了赋予种植体抗菌性能，目前的研究几乎全部着眼于表面化学性能的改变，如在表面通过物理
吸附或化学结合抗生素、表面参具有抗菌性的元素
银、修饰具有抗菌性的多肽等，这些方法具有明显或潜在的危害。吸附抗生素存在产生耐药性潜在危害；表面修饰金属元素会改变钛的一些优异的
生物学性能，影响骨整合；同样，在表面修饰抗菌肽，其本身或降解产物改变周围组织对种植体的
反应性。基于这方面考虑，通过表面改性使钛种植体获得抗菌性能能提高骨整合性能将是最佳的方案。随着纯钛种植体的存放，其表面活性下降，导致骨整合能
力不佳，种植结果不可预测。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种稳定和高性能的钛基种植体表面制备方法，包括两种制备方法，方法一是由
喷砂、
酸蚀、
温度处理三个关键步骤构成(步骤1，2，5)，方法二是由喷砂、酸蚀、二次酸蚀/
碱处理、温度处理四个关键步骤构成(步骤1，2，3或4，5)。具体步骤如下：
[0005] (1)喷砂：用20～100目的喷砂材料对光滑的种植体表面进行喷砂处理，喷砂压力为3～10bar，最佳压力为4～6bar，其中40～60目砂为最佳，喷砂时间为10～600秒，其中最佳喷砂时间为30～150秒。喷砂后的钛种植体，分别用丙
酮、
乙醇和纯
水超声处理15分钟，然后，用大量纯净水冲洗，氮气吹干；获得十几微米到几十微米的弹坑状起伏；
[0006] 其中喷砂材料选用金
钢砂、
氧化
铝、
喷丸玻璃珠、铝珠、钢砂、钢珠、塑料砂、
树脂砂、核桃砂、氧化铈或氧化锆。
[0007] (2)酸蚀处理：用
草酸(酸蚀方法一)或
硫酸(H2SO4)和
盐酸(HCl)的混合溶液(酸蚀方法二)或
氢氟酸(HF)和
硝酸(HNO3)的混合溶液(酸蚀方法三)，选择其中一种处理方法酸蚀后，在一定的温度条件和相应的时间下处理，处理后用大量清水洗净。
[0008] 酸蚀方法一：喷砂、超声清洗后的钛片在草
酸溶液中处理30-240分钟，其中最佳处理时间为45-90分钟，草酸的
质量浓度为30％至饱和，最佳质量浓度为37.5％，处理温度为60℃到沸水浴，最佳温度为80℃至沸水浴。处理后的钛种植体用大量水冲洗干净，氮气吹干。
[0009] 酸蚀方法二：喷砂、超声清洗后的钛片用H2SO4和HCl的混合溶液处理，处理时间为30秒-180秒，其中最佳处理时间为50-80秒，溶液温度为90-150℃，其中最佳温度为溶液的
99-103℃，其中混合溶液中硫酸的质量浓度为30％-80％，盐酸的质量浓度为1％-8％，硫酸的最佳浓度范围为45％-55％，盐酸的最佳浓度范围为2.5-5％。处理后的种植体直接用大量水冲洗。
[0010] 酸蚀方法三：喷砂、超声清洗后的钛片用HF和HNO3的混合溶液室温下处理1～20分钟，其中最佳处理时间为3-10分钟，混合溶液中HF的摩尔浓度为0.06～0.15M，最佳浓度为0.11～0.13M，HNO3摩尔浓度为0.07～0.15M，最佳浓度为0.08～0.12M。处理后的钛板或者钛种植体直接用大量水冲洗，干燥；再用HCl和H2SO4
混合液65～95℃处理15～45分钟，最佳处理温度为75～90℃，最佳处理时间为20-35分钟，混合溶液中HCl的摩尔浓度为1.8～
4mol/L(M)，H2SO4的摩尔浓度为3.5～5M，其中HCl的最佳浓度为2.4-3.5M，H2SO4的最佳浓度为4.2～4.6M。
[0011] (3)二次酸蚀：二次酸蚀的条件为：用质量浓度为98％的H2SO4溶液和质量浓度为30％的H2O2的混合酸溶液处理，其中混合溶液中质量浓度为98％的H2SO4溶液和质量浓度为
30％的H2O2溶液的体积比为7:3～3:7，其中最佳比例为6:4～4:6；混合溶液温度为1～40℃，最佳温度为20～30℃；钛板或者钛种植体
表面处理时间为5～60min，其中最佳时间为10～
40min，形成多尺度微纳复合结构。
[0012] (4)碱处理的条件为：NaOH的质量浓度为0.1％至饱和，处理温度为0℃至
沸腾，处理时间为0.1～120分钟，获得多尺度多孔复杂结构的种植体表面，其中最佳条件为NaOH的质量浓度选为1％～30％，处理温度选为60℃～90℃，处理时间选为5～60分钟。
[0013] (5)温度处理：酸蚀后的种植体直接用400～650℃处理处理5分钟～180分钟，最佳温度为450℃～550℃，最佳处理时间为15～60分钟，处理完后室温下自然降温，在基本保持原来的微米孔洞结构的
基础上表面获得氧化钛
晶体结构，从而获得具有抗菌、高成骨性能的钛种植体表面。温度处理的关键在于基本保持喷砂、酸蚀形成的微米尺度结构或者喷砂、酸蚀、二次酸蚀/碱处理形成的微纳复合结构的基础上，在表面形成多尺度微纳复合结构氧化钛晶体结构。
[0014] 本发明提供一种稳定、高性能的钛种植体表面改性方法，该方法通
过喷砂获得大尺度的起伏结构，然后通
过酸蚀获得微米尺度结构/微纳复合结构，最后通过温度处理，都获得了具有氧化钛晶型的微纳复合结构种植体表面。相比于我们前期研究中公布的几种制备具有高于临床常用种植表面活性的方法(一种超亲水微纳复合的
牙种植体表面的制备方法201210017409.5，一种多尺度复杂结构的牙种植体表面的制备方法201210017408.0，一种微纳复合结构的钛种植体表面制备方法201210399987.X，一种多尺度多孔复杂结构的种植体表面的制备方法201410501569.6，一种仿生多功能的钛基植入体表面的构建201410501568.1)，通过本方法制备的种植体表面，在基本保持原有微纳结构的基础上，使表面获得了结晶态的氧化钛，这些种植体表面具有良好的骨整合能力，而且这些稳定的结晶态氧化钛表面在自然存放条件下非常稳定，具有良好的抗老化性能；在紫外激发后，这些表面可以进一步显著提高骨整合能力，具有比已报道纯钛或氧化钛种植体表面更强的抗菌活性和成骨活性。并在植入后前12个小时内具有比现有已报道各种纯钛或氧化钛表面紫外激发后更强的广谱抗菌性能。这些表面可用于各种钛基植入体表面。
[0015] 本发明的通过喷砂、酸蚀结合温度处理获得的种植体表面具有优异的成骨性能，与不具有氧化钛晶体结构的相应表面相比，这些表面具有极好的抗老化能力；同时这些表面在植入前用有效量紫外照射处理后，可以获得更优异的促进细胞生长和骨组织再生的性能，并获得极佳的窗口期广谱抗菌能力，这二者对于进一步提高种植体的成骨性能及成功率具有极大意义。
附图说明
[0016] 图1是草酸处理表面温度处理前后的电镜图，A：温度处理前，B：500℃30分钟，C：500℃60分钟。
[0017] 图2是H2SO4/HCl处理表面温度处理前后的电镜图，A：温度处理前，B：400℃60分钟，C：400℃120分钟。
[0018] 图3是温度处理对H2SO4/HCl处理表面碱性
磷酸酶活性的影响。
[0019] 图4是温度处理对H2SO4/HCl处理表面的骨
钙素分泌的影响。
[0020] 图5是大肠杆菌在不同表面的结晶紫定量。
[0021] 图6是H2SO4/HCl处理温度处理前后的X线衍射图谱。
[0022] 图7是HF/HNO3处理表面温度处理前后的电镜图，A温度处理前，B 600℃30分钟，C600℃60分钟。
[0023] 图8是温度处理对微纳复合结构表面形貌影响的扫描电镜观察，A温度处理前，B 500℃30分钟，C 500℃60分钟。
具体实施方式
[0024] 本发明结合
实施例作进一步的说明，由于本发明可以在所有体内永久性植入的具有稳定、高性能的植体表面进行构建，促进植入体和骨组织间的骨整合，并赋予植体抗老化性能，实现提高植入体的成功率。本发明的实施例只是为了更好说明本发明的性能特征，并不完全包含本
专利的所保护内容。所有主要经过本发明的喷砂、化学
刻蚀(一次或多次)、温度处理程序获得高成骨性能的、微纳复合结构的、氧化钛晶体结构种植体表面都在本专利的保护范围以内。
[0025] 实施例一
[0026] 表面光滑的钛种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀
喷涂60秒，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15分钟，然后大量纯净水洗净，氮气吹干。
[0027] 然后直接放入已充分溶解的质量浓度为37.5％的草酸溶液中沸水浴60分钟，用大量水冲洗，氮气吹干。
[0028] 将上述草酸处理后的种植体500℃处理30分钟，室温下自然降温。
[0029] 实施例二
[0030] 表面光滑的钛种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂60秒，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15分钟，然后大量纯净水洗净，氮气吹干。
[0031] 然后直接放入已充分溶解的质量浓度为37.5％的草酸溶液中沸水浴60分钟，大量水冲洗，氮气吹干。
[0032] 将上述草酸处理后的种植体500℃处理60分钟，室温下自然降温。
[0033] 实施例三
[0034] 实施例一、二中制备的表面用于场发射扫描电镜形貌观察。图1显示其形貌特征，温度处理过程基本上保持了温度处理前的微观结构。
[0035] 实施例四
[0036] 表面光滑的种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂1分钟，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15分钟，然后大量纯水洗净，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0037] 吹干后的种植体直接放入沸腾的硫酸和盐酸的混合溶液，其中硫酸的质量浓度为50％，盐酸的质量浓度为3％，60秒后取出，迅速用大量纯水清洗干净。获得1微米左右的孔洞结构。
[0038] 将上述混酸处理后的种植体400℃处理60分钟，室温下自然降温。
[0039] 实施例五
[0040] 表面光滑的种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂1分钟，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15分钟，然后大量纯水洗净，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0041] 吹干后的种植体直接放入沸腾的硫酸和盐酸的混合溶液，其中硫酸的质量浓度为50％，盐酸的质量浓度为3％，60秒后取出，迅速用大量纯水清洗干净。获得1微米左右的孔洞结构。
[0042] 将上述混酸处理后的种植体400℃处理120分钟，室温下自然降温。
[0043] 实施例六
[0044] 实施例四、五中制备的表面用于场发射扫描电镜形貌观察。图2显示其形貌特征，温度处理过程基本上保持了温度处理前的微观结构。
[0045] 实施例七
[0046] 将MC3T3-E1细胞培养于实施例四、五中制备的表面，在添加10％胎
牛血清的α-MEM培养液添加50μg/ml
抗坏血酸和10mMβ甘油磷酸酯，培养于37摄氏度，5％CO2环境中。培养3天、7天和14天后检测细胞的碱性磷酸酶活性。图3显示的是温度处理对H2SO4/HCl体系表面碱性磷酸酶活性的影响。
[0047] 实施例八
[0048] 将MC3T3-E1细胞培养于实施例四、五中制备的表面，在添加10％胎牛血清的α-MEM培养液添加50μg/ml抗坏血酸和10mMβ甘油磷酸酯，培养于37摄氏度，5％CO2环境中。培养14天后检测细胞的骨钙素分泌。图4显示的是温度处理对H2SO4/HCl体系表面骨钙素分泌的影响。
[0049] 实施例九
[0050] 表面光滑的种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂1分钟，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15分钟，然后大量纯水洗净，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0051] 吹干后的种植体直接放入沸腾的硫酸和盐酸的混合溶液，其中硫酸的质量浓度为50％，盐酸的质量浓度为3％，60秒后取出，迅速用大量纯水清洗干净。获得1微米左右的孔洞结构。
[0052] 将上述混酸处理后的种植体400℃处理60分钟，室温下自然降温。用紫外灯照射242
小时，2mW/cm(λ＝250±20nm)。
[0053] 实施例十
[0054] 表面光滑的种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂1分钟，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15分钟，然后大量纯水洗净，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0055] 吹干后的种植体直接放入沸腾的硫酸和盐酸的混合溶液，其中硫酸的质量浓度为50％，盐酸的质量浓度为3％，60秒后取出，迅速用大量纯水清洗干净。获得1微米左右的孔洞结构。
[0056] 将上述混酸处理后的种植体400℃处理120分钟，室温下自然降温。用紫外灯照射24小时，2mW/cm2(λ＝250±20nm)。
[0057] 实施例十一
[0058] 实施例九、十中制备的表面用于抗菌实验。将大肠杆菌培养于实施例十、十一中制备的表面，在0.5小时、2小时、6小时和12小时，用结晶紫溶液对粘附于表面的细菌进行
染色，再用95％乙醇溶解结晶紫，用酶标仪570nm测吸光度。图5显示的是大肠杆菌在H2SO4/HCl处理表面及实施例九、十表面的粘附情况。
[0059] 实施例十二
[0060] 表面光滑的种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂1分钟，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15分钟，然后大量纯水洗净，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0061] 吹干后的种植体直接放入沸腾的硫酸和盐酸的混合溶液，其中硫酸的质量浓度为50％，盐酸的质量浓度为3％，60秒后取出，迅速用大量纯水清洗干净。获得1微米左右的孔洞结构。
[0062] 将上述混酸处理后的种植体500℃处理15分钟，室温下自然降温。
[0063] 实施例十三
[0064] 表面光滑的种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂1分钟，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15分钟，然后大量纯水洗净，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0065] 吹干后的种植体直接放入沸腾的硫酸和盐酸的混合溶液，其中硫酸的质量浓度为50％，盐酸的质量浓度为3％，60秒后取出，迅速用大量纯水清洗干净。获得1微米左右的孔洞结构。
[0066] 将上述混酸处理后的种植体500℃处理30分钟，室温下自然降温。
[0067] 实施例十四
[0068] 表面光滑的种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂1分钟，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15分钟，然后大量纯水洗净，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0069] 吹干后的种植体直接放入沸腾的硫酸和盐酸的混合溶液，其中硫酸的质量浓度为50％，盐酸的质量浓度为3％，60秒后取出，迅速用大量纯水清洗干净。获得1微米左右的孔洞结构。
[0070] 将上述混酸处理后的种植体500℃处理45分钟，室温下自然降温。
[0071] 实施例十五
[0072] 实施例十二、十三、十四中制备的表面用于
X射线衍射分析。图6显示的是温度处理对H2SO4/HCl体系表面物相组成的影响。
[0073] 实施例十七
[0074] 表面光滑的种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂1分钟，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15分钟，然后大量纯水洗净，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0075] 吹干后的种植体直接放入冷却至室温的HF和HNO3混合溶液10分钟，混合溶液中HF摩尔浓度为0.11M，HNO3的摩尔浓度为0.09M，迅速用大量纯水清洗干净。再用HCl和H2SO4混合液80℃处理20分钟，其中混合溶液中HCl摩尔浓度为2.9M，H2SO4摩尔浓度为4.5M。这样可以在喷砂几十个微米级的起伏上获得亚微米级的结构。
[0076] 将上述混酸处理后的种植体600℃处理30分钟，室温下自然降温。
[0077] 实施例十八
[0078] 表面光滑的种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂1分钟，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15分钟，然后大量纯水洗净，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0079] 吹干后的种植体直接放入冷却至室温的HF和HNO3混合溶液10分钟，混合溶液中HF摩尔浓度为0.11M，HNO3的摩尔浓度为0.09M，迅速用大量纯水清洗干净。再用HCl和H2SO4混合液80℃处理20分钟，其中混合溶液中HCl摩尔浓度为2.9M，H2SO4摩尔浓度为4.5M。这样可以在喷砂几十个微米级的起伏上获得亚微米级的结构。
[0080] 将上述混酸处理后的种植体600℃处理60分钟，室温下自然降温。
[0081] 实施例十九
[0082] 实施例十七、十八中制备的表面用于场发射扫描电镜形貌观察。图7显示其形貌特征，温度处理过程基本上保持了温度处理前的微观结构。
[0083] 实施例二十
[0084] 表面光滑的种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂1分钟，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15min，然后大量纯水洗净，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0085] 吹干后的种植体直接放入沸腾的硫酸和盐酸的混合溶液，其中硫酸的质量浓度为50％，盐酸的质量浓度为3％，60秒后取出，迅速用大量纯水清洗干净。
[0086] 将处理好的种植体放入10％质量浓度的NaOH 80℃处理5min，大量纯水冲洗，氮气吹干。
[0087] 再将具有微纳复合结构的表面500℃处理30min，室温下自然冷却。
[0088] 实施例二十一
[0089] 表面光滑的种植体用40-60目金刚砂，在5bar压力下，均匀喷涂1分钟，喷涂后的种植体分别用丙酮、乙醇和纯水在超声情况下，清洗15min，然后大量纯水洗净，氮气吹干。获得几十到十几微米的大起伏。
[0090] 吹干后的种植体直接放入沸腾的硫酸和盐酸的混合溶液，其中硫酸的质量浓度为50％，盐酸的质量浓度为3％，60秒后取出，迅速用大量纯水清洗干净。
[0091] 将处理好的种植体放入10％质量浓度的NaOH 80℃处理5min，大量纯水冲洗，氮气吹干。
[0092] 再将具有微纳复合结构的表面500℃处理60min，室温下自然冷却。
[0093] 实施例二十二
[0094] 实施例二十、二十一中制备的表面用于场发射扫描电镜形貌观察。图8显示其形貌特征，温度处理过程基本上保持了温度处理前的微纳复合结构。
