阅读说明：本技术 一种适用于金属种植体表面改性的器械 (Instrument suitable for surface modification of metal implant ) 是由 张贞 魏青松 田思源 敖勇 周婧萱 范文杰 于 2019-02-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于金属种植体表面改性的器械,包括喷砂组件和/或阳极氧化处理组件；喷砂组件用于对待处理的金属种植体表面进行金属粉末喷砂处理,使金属种植体裸露的部分被直接清创,得到喷砂后的金属种植体,该喷砂后的金属种植体可直接作为表面改性后的金属种植体；阳极氧化处理组件用于单独或配合喷砂组件对待处理的金属种植体或喷砂后的金属种植体进行阳极腐蚀处理,得到阳极腐蚀处理后的金属种植体可以作为表面改性后的金属种植体。本发明通过对器械中所含的功能组件及与该器械相对应的处理方法整体流程工艺等进行改进,利用喷砂组件和/或阳极氧化处理组件,能够有效的对金属种植体表面进行改性,清除金属种植体聚集的细菌。(The invention discloses an apparatus suitable for surface modification of a metal implant, which comprises a sand blasting component and/or an anodic oxidation treatment component; the sand blasting component is used for performing metal powder sand blasting treatment on the surface of the metal implant to be treated to enable the exposed part of the metal implant to be directly debrided so as to obtain the metal implant subjected to sand blasting, and the metal implant subjected to sand blasting can be directly used as a metal implant subjected to surface modification; the anodic oxidation treatment assembly is used for carrying out anodic corrosion treatment on the metal implant to be treated or the metal implant subjected to sand blasting alone or in cooperation with the sand blasting assembly, and the obtained metal implant subjected to anodic corrosion treatment can be used as a metal implant subjected to surface modification. The invention can effectively modify the surface of the metal implant and remove bacteria gathered by the metal implant by improving the functional components contained in the instrument and the whole process of the treatment method corresponding to the instrument and utilizing the sand blasting component and/or the anodic oxidation treatment component.)

一种适用于金属种植体表面改性的器械

技术领域

本发明涉及生物医用材料领域，更具体地，涉及一种适用于金属种植体表面改性的器械，使用该器械可以治疗种植体周围炎，对应于用金属粉末(如镁粉)喷砂再阳极腐蚀以治疗种植体周围炎的方法，尤其适用于钛金属种植体的表面改性。

背景技术

以钛金属种植体为例，利用钛作为种植体已经成为目前口腔修复治疗中的主流方式之一。每年全球约有3000万枚种植体被植入到患者的颌骨中。但随着钛种植体的广泛利用，所观察到的临床并发症也越来越多。最棘手的问题之一就是种植体周围炎。

由于种植牙是将种植体植入颌骨，使义齿通过种植体材料与颌骨建立一个骨连接，所以医生需要将覆盖在颌骨上方的粘膜等组织切开，植入后再将其复位，这些与种植体相结合的软组织就成为抵挡口腔内细菌的屏障。但种植体表面的软组织血管并不丰富，种植体与骨组织并不能形成真正有效的连接，所以细菌较容易侵入这些部位，造成炎症。种植体周围炎引起骨丧失的严重程度随着负载时间的延长增加，目前认为，在种植5～10年后，约20％患者和10％种植体会受到种植体周围炎的影响，种植体周围炎的累积已经成为最严重的种植修复术后并发症成为了种植失败的最主要的致病因素，引起了种植学界的广泛关注。随着种植牙在我国急速增加，种植体周围炎问题将更加严重。所以，种植体周围炎的治疗方法及相应的医疗器械装置是亟需的。

目前治疗方式主要包括辅助支持和手术治疗。辅助支持治疗包括抗菌药物、超声刮治和喷砂清洁，进一步治疗如激光治疗或其他光动力治疗。由于目前使用的均为表面粗糙并富有螺纹的种植体，这些设计在增加种植体周围骨结合及促进骨再生方面具有积极意义，同时也促进细菌聚集。由于种植体表面微米级的粗糙表面结构，机械治疗不足以去除种植体周围感染。激光治疗可以有效的杀菌，但不能侧底清除表面污染层。因此辅助支持治疗仅仅可以降低探诊出血百分比，对于其余临床指标的改善作用有限，不能恢复缺损骨组织，而且疾病复发趋势明显。

虽然这些方法能较有效地去除细菌，但其处理后的生物相容性有待考证，造成了骨组织无法再生的结果，并不十分理想。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种适用于金属种植体表面改性的器械，其中通过对器械中所含的功能组件及与该器械相对应的处理方法整体流程工艺等进行改进，与现有技术相比能够有效解决安装在口腔中的金属种植体(如钛金属种植体)其细菌聚集、容易引起种植体周围炎、而现有处理方法生物相容性低的问题，本发明利用喷砂组件和/或阳极氧化处理组件对待处理的金属种植体进行单独的或配合的喷砂处理、阳极腐蚀处理，能够有效的对金属种植体表面进行改性，清除金属种植体聚集的细菌。本发明尤其通过配合使用的金属粉末喷砂组件(如镁粉喷砂组件)及阳极氧化处理组件对待处理的金属种植体表面进行改性处理，可有效清除金属种植体聚集的细菌，生物相容性好，并且不会对金属种植体的螺纹结构造成负面影响；相应的，使用该器械尤其可以实现在患者口腔内清除种植体表面的细菌的新方法。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种适用于金属种植体表面改性的器械，其特征在于，包括用于单独使用的喷砂组件，或者用于单独使用的阳极氧化处理组件，或者用于配合使用的喷砂组件及阳极氧化处理组件；

对于所述用于单独使用的喷砂组件，该喷砂组件用于对待处理的金属种植体表面进行金属粉末喷砂处理，使金属种植体裸露的部分被直接清创，得到喷砂后的金属种植体即为表面改性后的金属种植体；

对于所述用于单独使用的阳极氧化处理组件，该阳极氧化处理组件用于对待处理的金属种植体进行阳极腐蚀处理，得到阳极腐蚀处理后的金属种植体即为表面改性后的金属种植体；所述阳极腐蚀处理具体是将待处理的金属种植体与电源正极相连接，将与所述金属种植体组分相对应的金属材料与电源负极相连接；

对于所述用于配合使用的喷砂组件及阳极氧化处理组件，其中的所述喷砂组件用于对待处理的金属种植体表面进行金属粉末喷砂处理，使金属种植体裸露的部分被直接清创，得到喷砂后的金属种植体；所述阳极氧化处理组件用于对喷砂后的金属种植体进行阳极腐蚀处理，得到阳极腐蚀处理后的金属种植体即为表面改性后的金属种植体；所述阳极腐蚀处理具体是将喷砂后的金属种植体与电源正极相连接，将与所述金属种植体组分相对应的金属材料与电源负极相连接；

优选的，在所述用于单独使用的阳极氧化处理组件中，所述待处理的金属种植体是通过铂电极与电源正极相连接的；在所述用于配合使用的喷砂组件及阳极氧化处理组件中，所述喷砂后的金属种植体是通过铂电极与电源正极相连接的。

作为本发明的进一步优选，所述待处理的金属种植体为待处理的钛金属种植体；相应的，与所述金属种植体组分相对应的金属材料具体为钛单质材料；

优选的，所述待处理的钛金属种植体为安装在口腔中的钛金属种植体。

作为本发明的进一步优选，所述阳极腐蚀处理是以生理盐水为电解液的；

所述阳极氧化处理组件还包括电解液料筒，该电解液料筒用于存放生理盐水。

作为本发明的进一步优选，所述喷砂组件包括喷砂器和料筒，所述料筒用于存放所述金属粉末，所述喷砂器则用于以所述料筒内的金属粉末为原料形成喷砂。

作为本发明的进一步优选，所述金属粉末为直径为5～45微米的金属粉末；优选的，所述金属粉末为镁粉、锌粉或钛粉。

作为本发明的进一步优选，所述喷砂组件的喷砂出射口与所述待处理的金属种植体表面之间的距离满足0.1～1cm。

作为本发明的进一步优选，所述阳极氧化处理组件用于向所述阳极腐蚀处理提供10～20V的电压，所述阴极与所述阳极之间的距离为1～2cm，所述阳极腐蚀处理的处理时间为7～10s。

作为本发明的进一步优选，所述钛单质材料为钛单质片材。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于采用喷砂组件和/或阳极氧化处理组件对待处理的金属种植体进行单独的或配合的喷砂处理、阳极腐蚀处理，能够有效的对金属种植体表面进行改性，清除金属种植体聚集的细菌。

本发明中适用于金属种植体表面改性的器械尤其包括用于配合使用的喷砂组件及阳极氧化处理组件，利用金属粉末喷砂处理(如镁粉喷砂处理)和阳极腐蚀处理的配合作用，使得到的器械装置尤其适用于金属种植体的表面改性，如钛金属种植体的表面改性，一方面能够去除待处理钛金属种植体的细菌，另一方面，能够保证处理后得到的钛金属种植体恢复其生物相容性。

以钛金属种植体为例，喷砂器械的基本原理是用压缩空气驱动颗粒形成高速粒子流,通过细小的砂粉作用于钛表面,利用粒子流的动能来去除钛表面的污垢和细菌。喷砂处理所采用的金属粉末可以是本身具有生物相容性的材料(如镁粉、锌粉、钛粉等)，能够把种植体表面清除干净。以镁粉喷砂处理为例，本发明可以采用镁粉进行喷砂处理，镁是一种生物可降减材料，可在机体内降解。而且，本发明优选采用微米级的镁粉，镁粉颗粒的直径较小，与细菌的大小相近，在喷砂的过程中可以把钛表面的细菌清除干净。在这一镁粉喷砂过程中，种植体的表面会形成镁纳米层；虽然镁的生物相容性相对来说不如钛，但通过后续电阳极腐蚀处理可恢复良好的生物相容性。

本发明优选使用径粒与细菌相似的镁粉进行喷砂。该大小的镁粉可以进入到种植体表面的微米级结构中。在喷砂时，镁粉在高速气流的带动下冲击种植体的表面，因此能够非常彻底地清除种植体表面的细菌。虽然相比起其他方法，镁的生物相容性不及钛，但其优良的导电性为后续的电阳极腐蚀处理提供了便利。考虑到人体的安全电压，阳极腐蚀处理优选使用10～20V的电压(即，阳极氧化处理组件用于向阳极腐蚀处理提供10～20V的电压)，以生理盐水作为电解质，时间控制在1分钟之内(如7～10s)，该阳极腐蚀处理可以对喷砂过后的镁层进行腐蚀，一方面完全去除镁层，另一方面可以使基体钛发生微弱的阳极氧化，生成氧化钛，以菲薄的氧化物覆盖在基体之上，恢复了大部分生物相容性。阳极可以使用铂电极夹持种植体，以避免导线或其他金属材料伸入电解液而发生腐蚀。本发明中适用于钛及其它金属种植体表面改性的器械及对应的处理方法，操作简便，成本低廉，相较于其他方法，有不可多得的优势。

另外就安全性来性，镁具有良好的生物相容性，例如镁具有诱导骨重建的作用；镁可以在人体内被降解，而且降解产生的镁离子可以从体内排出，不会对人体的肝、肾等器官产生毒性。镁的还原性较强，可以通过后续电化学腐蚀的方法完全去除。因此本发明选择使用镁粉等具有生物相容性的金属粉末来喷砂。另外，利用本发明器械及相应方法，在实验中也发现，阳极腐蚀后的钛具有一定的抑菌作用。

附图说明

图1是实施例5中对喷砂处理过的钛阳极腐蚀过的表面钛的化合价的分析拟合图，从图中可知钛都是+4价。

图2是实施例2中喷砂工艺前(即，细菌清除前)的图片。

图3是实施例2中喷砂工艺后(即，细菌清除后)的图片。

图4是实施例2中经过喷砂处理的钛表面的细胞。由于镁略低于钛的生物相容性，可见经过喷砂处理的钛表面细胞生长情况并不好，几乎没有细胞生存。

图5是实施例5中喷砂再经过阳极腐蚀处理的钛表面的细胞。由显微镜照片可见，喷砂后再阳极腐蚀的钛表面生物相容性有所回升，细胞生长状态良好，数量较多。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明中适用于金属种植体(如钛金属种植体)表面改性的器械，对应于采用镁粉去污及阳极腐蚀方法，器械整体包括用于配合使用的镁粉喷砂组件及阳极氧化处理组件，以钛金属种植体为例，其中：

镁粉喷砂组件用于对待处理的钛金属种植体表面进行镁粉喷砂处理，可以使钛金属种植体裸露于口腔中的部分清创，得到喷砂后的钛金属种植体；

阳极氧化处理组件用于对喷砂后的钛金属种植体进行阳极腐蚀处理，阳极腐蚀处理具体是将喷砂后的钛金属种植体与电源正极相连接，将钛单质材料与电源负极相连接。

优选的，在阳极氧化处理组件中，在阳极侧，可以使用铂电极夹持钛种植体；铂电极可以进一步为连接电源正极的铂电极夹。阳极腐蚀处理可以以生理盐水为电解液；阳极氧化处理组件还包括电解液料筒，该电解液料筒可以用于存放生理盐水。

镁粉喷砂组件可以包括喷砂器和料筒，料筒用于存放镁粉，喷砂器则用于以料筒内的镁粉为原料形成喷砂。

该装置在使用时，可以按以下步骤对患者口腔中的钛金属种植体原位进行表面改性：

1.钛表面的镁粉喷砂处理：

用喷砂器对着钛种植体喷砂，喷砂器的喷口距离钛表面一定距离。喷砂过程中喷口来回移动，使钛表面覆盖一层均匀的镁粉。镁粉尤其可以是直径为微米级的纯镁粉。

2.阳极氧化处理：

在口腔内加入足量的生理盐水作为电解液。阳极用铂电极夹持种植体，阴极用钛单质材料，保证电解液完全淹没两极。阴极与阳极保持正对并保持一定距离。通直流电，控制电压恒定。一定时间后切断电流。

以下为具体实施例(各实施例均在常温下进行)：

实施例1：

该实施例包括以下步骤：

1.对钛种植体不做喷砂处理。

2.阳极腐蚀处理：在口腔内加入足量的生理盐水作为电解液。阳极用铂电极夹持种植体，阴极用钛单质材料，保证电解液完全淹没两极。阴极与阳极保持正对并保持1cm的间距。通直流电，控制电压恒定为20V。腐蚀时间为7秒。

实施例2：

该实施例包括以下步骤：

1.对钛种植体进行喷砂处理：

用喷砂器对着种植体喷砂，喷砂器的喷口距离钛表面0.4厘米左右。喷砂的粉末选用镁粉。喷砂过程中喷口来回移动。处理完后，钛表面颜色发生改变，且颜色均匀。

2.喷砂后不做阳极腐蚀处理。

实施例3：

该实施例包括以下步骤：

1.对钛种植体进行喷砂处理：

用喷砂器对着种植体喷砂，喷砂器的喷口距离钛表面0.4厘米左右。喷砂的粉末选用钛粉。喷砂过程中喷口来回移动。处理完后，钛表面颜色发生改变，且颜色均匀。

2.不做阳极腐蚀处理

实施例4：

该实施例包括以下步骤：

1.对钛种植体进行喷砂处理：

用喷砂器对着种植体喷砂，喷砂器的喷口距离钛表面0.4厘米左右。喷砂的粉末选用锌粉。喷砂过程中喷口来回移动。处理完后，钛表面颜色发生改变，且颜色均匀。

2.不做阳极腐蚀处理

实施例5：

该实施例包括以下步骤：

1.对钛种植体进行喷砂处理：

用喷砂器对着种植体喷砂，喷砂器的喷口距离钛表面0.4厘米左右。喷砂的粉末选取镁粉。喷砂过程中喷口来回移动。处理完后，钛表面颜色发生改变，且颜色均匀。

2.阳极腐蚀处理：

在口腔内加入足量的生理盐水作为电解液。阳极用铂电极夹持种植体，阴极用钛单质材料，保证电解液完全淹没两极。阴极与阳极保持正对并保持1cm的间距。通直流电，控制电压恒定为20V。腐蚀时间为7秒。

实施例6：

该实施例包括以下步骤：

1.对钛种植体进行喷砂处理：

用喷砂器对着种植体喷砂，喷砂器的喷口距离钛表面0.4厘米左右。喷砂的粉末选取镁粉。喷砂过程中喷口来回移动。处理完后，钛表面颜色发生改变，且颜色均匀。

2.阳极腐蚀处理：

在口腔内加入足量的生理盐水作为电解液。阳极用铂电极夹持种植体，阴极用钛单质材料，保证电解液完全淹没两极。阴极与阳极保持正对并保持1cm的间距。通直流电，控制电压恒定为20V。腐蚀时间为10秒。

实施例7：

该实施例包括以下步骤：

1.对钛种植体进行喷砂处理：

用喷砂器对着种植体喷砂，喷砂器的喷口距离钛表面0.4厘米左右。喷砂的粉末选取镁粉。喷砂过程中喷口来回移动。处理完后，钛表面颜色发生改变，且颜色均匀。

2.阳极腐蚀处理：

在口腔内加入足量的生理盐水作为电解液。阳极用铂电极夹持种植体，阴极用钛单质材料，保证电解液完全淹没两极。阴极与阳极保持正对并保持2cm的间距。通直流电，控制电压恒定为20V。腐蚀时间为10秒。

实施例8：

该实施例包括以下步骤：

1.对钛种植体进行喷砂处理：

用喷砂器对着种植体喷砂，喷砂器的喷口距离钛表面1厘米左右。喷砂的粉末选取镁粉。喷砂过程中喷口来回移动。处理完后，钛表面颜色发生改变，且颜色均匀。

2.阳极腐蚀处理：

在口腔内加入足量的生理盐水作为电解液。阳极用铂电极夹持种植体，阴极用钛单质材料，保证电解液完全淹没两极。阴极与阳极保持正对并保持1cm的间距。通直流电，控制电压恒定为20V。腐蚀时间为10秒。

从上述实施例1－8，不难看出，镁粉喷砂可以彻底除去种植体上黏附的细菌，但其生物相容性会有所下降，为了使种植体继续很好地发挥生物学功能，本发明器械及其对应的后续使用操作还包括了阳极腐蚀处理，改变种植体表面形貌，提升其生物相容性。由实施例2，5，6，7，8对比可以得出，阳极腐蚀可以去除钛种植体表面的镁层，并使种植体表面发生微弱的氧化。

从图2、图3的对比，喷砂可以有效清除细菌。由图4、图5可以看出，细胞在喷砂后的种植体表面的黏附性不好，而阳极腐蚀处理可以使生物相容性变好。

以下为其他实施例列表：

上表中，当某个实施例对应的“喷砂粉末”、“喷砂距离/cm”均为“/”时，表示该实施例不进行喷砂处理；当“两极间距/cm”、“电压/V”、“腐蚀时间/s”均为“/”时，表示该实施例不进行阳极腐蚀处理。

以上实施例是以钛金属种植体原位处理为例，本发明中的适用于钛金属种植体表面改性的器械也适用于离体对象，例如，实际应用时可以将钛金属种植体拆卸下来后，得到离体对象，先进行镁粉喷砂处理，使钛金属种植体表面覆盖一层镁粉，然后再将该钛金属种植体浸泡在电解液(如生理盐水)中进行阳极腐蚀处理。当然，除了钛金属种植体外，本发明中的器械及相应使用方法也可以对其他金属(如钛，铌，钽，医用不锈钢合金，钴铬金属等)种植体进行相似的表面改性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。