齿科氧化锆种植体表面改性

齿科氧化锆种植体表面改性
自从20世纪60年代学者将氧化锆陶瓷作为生物学材料进行研究和开发利用以来,氧化锆陶瓷种植体就由于其良好的机械性能和美学特性,以及卓越的生物相容性,在材料和医学领域引起了人们的广泛关注。

但是,由于氧化锆陶瓷本身的一些特性,限制了氧化锆陶瓷的进一步发展。

首先,氧化锆陶瓷存在低温时效效应,在水或水蒸汽的环境下,氧化锆陶瓷在受到外应力的作用时,其表面的个别晶粒会由四方相(T)转变成为单斜相(M),这种T-M相变会使其体积膨胀,导致陶瓷表面粗糙,产生微裂纹,最终使得整个植入体断裂而使得植入失败。

另一方面氧化锆被认为是生物惰性材料,因为其表面没有与活体骨组织产生化学键合的基团。

在作为种植体植入到人体内时,材料与人体骨组织之间没有良好的接触,这就会导致一些纤维组织在种植体周边生长,使种植体松动,最终导致种植失败。

因此,对氧化锆进行表面改性,从而延缓其“老化”时间,提高生物活性,制备出具有较长的使用寿命,较高的生物活性的高性能氧化锆陶瓷,以满足其在医用齿科材料中的应用,有着重大的意义。

本文通过表面改性的方法,分别在氧化锆陶瓷表面制备了氧化钛、掺硅磷酸八钙和生物玻璃三种涂层,从而改善了氧化锆的低温相变和生物惰性的缺点。

首先,在氧化锆表面包覆氧化钛涂层,从而降低氧化锆陶瓷的低温时效现象,延缓老化时间。

使用溶胶凝胶法在氧化锆陶瓷表面制备出均匀的锐钛矿型氧化钛涂层,通过加速试验表明,表面包覆氧化钛涂层后,氧化锆中单斜相的转化率由10%降低到了4%,氧化钛涂层能够较好的起到保护基体的作用。

接着,使用仿生沉积的方法
在氧化钛涂层上制备了掺硅磷酸八钙涂层,使用刮涂法制备了生物玻璃涂层以提高氧化锆表面的生物活性。

分别采用了扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(EDS)、X射线衍射能谱(XRD)、红外吸收能谱(FTIR)等测试方法对生物涂层的结构、形貌、组成、生物活性等一系列性能进行了表征。

结果表明：针对掺硅磷酸八钙涂层而言,仿生沉积溶液中的硅含量为1mM时,能够制备出性能最为优异的涂层。

通过SEM照片可以看出,涂层成片状结构,与磷酸八钙涂层的表面形貌相似。

通过EDS和FTIR分析可以得知,涂层中的Si元素有两种存在形式,分别为由
Si032-替代P033-进入磷酸八钙内以及以NaSiO3盐的形式掺杂在磷酸八钙中。

而对于生物玻璃涂层而言,使用PVA为成膜剂,制备的45S5生物玻璃涂层在800℃热处理后表现出最好的膜基结合强度。

从SEM照片可以看出,生物玻璃涂层为多孔结构,这提高了种植体表面的粗糙度,有利于提高骨组织与种植体之间的
结合强度。

同时,通过生物活性测试表明,三种生物玻璃涂层均显示出了良好的生物活性。