本發明涉及牙科種植體材料領域，特別涉及一種牙科種植體及其生物活性抗菌表面的制備方法。

背景技術：

醫用鈦及其合金在臨床使用過程中，由于具有良好的生物相容性，植入人體后表面易形成蛋白層從而使細菌在其表面積聚而形成生物膜。細菌在生物膜的保護下可以不受宿主防御系統的攻擊，便于細菌的集中和感染的發生。此外，鈦的生物惰性表面難以與骨組織發生化學鍵性結合，在種植體和活體組織界面處容易形成纖維組織隔層，使植入體發生松動，也是導致鈦牙科種植體材料植入失敗的主要原因之一。在這種背景下，提高鈦基牙科種植體的抗菌能力和成骨活性具有重要的臨床實際意義。

目前賦予種植體表面抗菌性的方法一般為構建抗黏附表面，裝載抗生素，有機抗菌劑以及聚合物功能涂層，然而由于其復雜的工藝以及對于種植體表面生物活性的影響而難以應用和推廣。

技術實現要素：

為了解決現有牙科種植體材料易受細菌感染，生物活性低的不足，提高材料表面抗菌性能，加速與周圍組織的骨整合，本發明的目的在于提供一種原位生長的生物活性抗菌表面的牙科種植體及其制備方法，適用于任何形狀的種植體表面，且膜層與基體之間的強結合力使表面改性具有長期穩定性，賦予種植體表面抗菌性的同時，促進細胞的早期粘附、鋪展、增殖和分化，利于種植體的骨整合，從而提高種植體的穩定性和成功率。

一種牙科種植體，所述牙科種植體的表面為生物活性抗菌表面。

進一步地，所述牙科種植體包括鈦基材、鈦基材表面原位形成的二氧化鈦納米管、均勻包覆二氧化鈦納米管的聚多巴胺仿生表面、分散枝接于仿生表面的銀納米顆粒。

進一步地，所述鈦基材為醫用純鈦或鈦合金。

進一步地，所述二氧化鈦納米管膜層由銳鈦礦晶型的二氧化鈦組成，厚度為1~2μm，納米管的直徑為30~100nm。

進一步地，所述聚多巴胺仿生表面膜層均勻包覆納米管結構，含氨基、羥基等官能團，其中氮碳比為0.1~0.2。

進一步地，所述銀納米顆粒的直徑為10~50nm，均勻分布于整個二氧化鈦納米管層中。

研究表明，種植體表面的微納米級粗糙結構有利于抑制細菌繁殖的同時能夠有效增大種植體表面與骨組織接觸面積，增強骨和種植體的咬合作用。納米銀作為一種新型無機抗菌劑，具有很強的殺菌、抑菌作用，安全性高、無耐藥性，被廣泛應用于抗菌敷料中。多巴胺是一種存在于貝殼中并具有良好粘附性能的蛋白類似物，在水溶液中很容易發生氧化自聚反應，并生成可以牢固粘附于各種固體材料表面的聚多巴胺膜層，具有仿貽貝蛋白結構，具有良好的生物相容性和生物活性，能夠提高材料表面的親水性。聚多巴胺分子結構中大量的酚羥基和含氮基團，對許多重金屬離子具有很強的吸附性，且其自身具有弱的還原性，能夠將某些金屬離子原位還原成金屬納米粒子，吸附在膜層表面。

本發明還提供一種制備牙科種植體的方法：

一種制備牙科種植體的方法，所述方法包括如下步驟：

醫用鈦基體清洗：將種植體依次經過丙酮、無水乙醇、去離子水各超聲清洗15分鐘，自然干燥；

原位氧化：將清洗后的牙科種植體進行陽極氧化處理，表面原位氧化形成納米管結構的二氧化鈦薄膜；

煅燒：將原位氧化后得種植體置于馬弗爐內煅燒；

制備仿生表面：將煅燒后的種植體浸泡在1~2mg/ml多巴胺溶液中，多巴胺原位自聚合從而得到強粘附的聚多巴胺仿生表面，反應溫度為室溫，反應時間為12~24h；

接枝銀：將制備仿生表面后的種植體浸泡在1~8.5mg/ml硝酸銀溶液中，避光反應12~24h，種植體表面的聚多巴胺吸附并還原陰離子，從而在種植體表面形成均勻枝接的銀納米顆粒。

進一步地，所述原位氧化采用恒壓直流方式，工作電壓為10~40v，氧化時間為2~5h，反應溫度為室溫，電解液為含0.5~1wt%氟化銨和2~50vol%水的丙三醇溶液。

進一步地，所述煅燒為以5℃/min的升溫速率，450~500℃煅燒3~4h，隨后在爐內自然冷卻至室溫。

進一步地，所述多巴胺溶液由鹽酸多巴胺溶解于10mmol/l三羥甲基氨基甲烷溶液中制得，其中三羥甲基氨基甲烷溶液由1mol/l的鹽酸溶液調節ph至8.5。

本發明的有益效果：

1.本發明提供的牙科種植體將表面的抗菌性與生物活性緊密結合，其原位生長的納米管狀結構在提高表面粗糙度的同時能夠提供抗菌劑的存儲空間，延緩抗菌劑的釋放，聚多巴胺的仿生修飾提高了表面親水性，吸附銀離子并還原得到納米管內的銀納米顆粒均勻負載，從而具備良好的長期抗菌性能，同時促進細胞在種植體表面的黏附與增殖，加快種植體早期骨整合的速度，提高種植的穩定性和成功率。

2.本發明提供了一種簡單的表面處理技術方案，通過陽極氧化得到原位生長的納米管狀氧化層，并利用多巴胺的自聚合形成強黏附的仿生層，同時在納米管結構中原位還原負載銀納米顆粒，得到存儲銀納米顆粒抗菌劑的納米生物活性表面層，該結構穩定，結合力強，制備方便，能夠推廣應用于各種形狀表面。

附圖說明

圖1為本發明中牙科種植體生物活性抗菌表面的構建路線圖；

圖2為本發明的牙科種植體生物活性抗菌表面的形貌（a）及其側面形貌圖（b），本發明的牙科種植體表面均勻枝接的銀納米顆粒（c）以及其成分能譜（d）；

圖3為本發明的牙科種植體經過陽極氧化得到的納米管表面（a），包覆聚多巴胺層的納米管表面（b），以及最終得到的生物活性抗菌表面（c）的傅里葉紅外光譜分析結果；

圖4為本發明中牙科種植體生物活性抗菌表面抗菌銀離子的浸泡累積釋放曲線；

圖5為本發明中使用的醫用鈦基材表面（a），經過陽極氧化得到的納米管表面（b），包覆聚多巴胺層的納米管表面（c），以及本發明最終得到的生物活性抗菌表面（d）的親水角照片；

圖6為本發明中使用的醫用鈦基材表面（a），經過陽極氧化得到的納米管表面（b），以及本發明最終得到的生物活性抗菌表面（c）的金黃色葡萄球菌培養試驗后得到的表面菌落圖；

圖7為在本發明中使用的醫用鈦基材，經過陽極氧化得到的納米管表面，以及本發明最終得到的生物活性抗菌表面小鼠成骨細胞mc3t3-e1培養1天、3天、7天后的堿性磷酸酶活性檢測結果。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

實施例1

一種牙科種植體，其表面通過以下方法處理：

（1）選用醫用純鈦牙科種植體作為基體，并進行表面清洗：依次經過丙酮、無水乙醇、去離子水各超聲清洗15分鐘，自然干燥；

（2）配置陽極氧化電解液：采用的電解液為氟化銨的含水丙三醇溶液，其中氟化銨質量分數為0.5wt%，水的體積分數為2vol%；

（3）陽極氧化法制備均勻二氧化鈦納米管膜層：采用恒壓直流陽極氧化技術，步驟（1）清洗后的純鈦牙種植體為陽極，石墨電極或者鉑片電極為陰極，放入步驟（2）配置的電解液內；工作電壓為20v，氧化時間為3h，反應溫度為室溫，隨后在酒精中超聲清洗30s，并在去離子水中沖洗，自然干燥；

（4）將步驟（3）處理后的牙種植體取出，用去離子水清洗后，以5℃/min的升溫速率置于馬弗爐內450℃煅燒3h，隨后在爐內自然冷卻至室溫；

（5）配置多巴胺自聚合前驅溶液：去離子水為溶劑，分別配置10mmol/l三羥甲基氨基甲烷溶液以及1mol/l的鹽酸溶液，向配置好的三羥甲基氨基甲烷溶液中逐滴加入鹽酸溶液直至調節ph值為8.5；將得到的三羥甲基氨基甲烷緩沖液作為溶劑，配置1mg/ml的鹽酸多巴胺溶液；

（6）將步驟（4）處理后的牙科種植體垂直完全浸泡于步驟（5）配置的鹽酸多巴胺溶液中，磁力攪拌溶液并在通氧環境下浸泡24h，隨后在去離子水中沖洗，自然干燥；

（7）將步驟（6）處理后的牙科種植體浸泡在1mg/ml硝酸銀溶液中，避光反應12h；

（8）將步驟（7）處理后的牙科種植體在去離子水中清洗，干燥后即可得到本發明中的具有生物活性抗菌表面的牙科種植體。

圖2（a）（b）是最終得到的牙科種植體表面以及橫截面形貌圖。從圖中可見牙科種植體表面規則密排納米管結構，ag納米顆粒均勻分散于整個納米管層，除少數的表面顆粒團聚，管內的ag顆粒細小。圖2（c）（d）為最終獲得的牙科種植體表面的ag納米顆粒分布及其eds能譜成分分析圖，從能譜結果可以看出表面成分以鈦（ti）、氧（o）、銀（ag）元素為主；

圖3是經過步驟（4）（6）和（8）處理后，依次得到的表面傅里葉紅外光譜分析結果（a~c）。圖3中的曲線（b）（c）中位于1318cm^-1以及1171cm^-1的醌基（c=o）特征峰，1605cm^-1至1585cm^-1之間的芳香酯振動吸收峰證實了表面多巴胺的自聚合；

圖4是經過步驟（8）處理后最終得到的種植體在37℃的pbs溶液中，恒溫浸泡不同時間后ag⁺累積析出濃度曲線。在為期14天的浸泡中，前期（前5天）保持穩定與顯著釋放，而在后7天的浸泡中離子釋放遲緩但仍有少量離子持續溶出，表明其表面抗菌層對銀離子具有一定的緩釋能力，有望得到長效持久的抗菌性能；

圖5是牙科種植體經過步驟（1）（4）（6）和（8）處理后，依次得到的表面的水接觸角（a~d）。說明表面納米管狀結構，以及多巴胺自聚合后表面羥基等親水性基團的存在極大地提高了種植體表面親水性，有利于種植體與體液環境的相互作用；

圖6是牙科種植體經過步驟（1）（4）和（8）處理后，依次得到的表面的金黃色葡萄球菌培養一天后的菌落數圖。圖中可見最終獲得的牙科種植體表面培養金黃色葡萄球菌一天后，金黃色葡萄球菌的菌落數顯著減少，菌落的繁殖受到抑制，表明本發明中最終得到的表面具有抗菌性能；

圖7是在醫用鈦基材以及經過步驟（4）和（8）處理后依次各得到的表面小鼠成骨細胞mc3t3-e1培養1天、3天、7天后堿性磷酸酶活性結果。其中堿性磷酸酶是細胞成骨分化過程的產物，常用于說明細胞的成骨活性。圖中可見長期表面細胞培養后，最終獲得的牙科種植體表面的堿性磷酸酶活性顯著高于純鈦對照組，表明本發明中種植體表面有利于細胞在種植體表面的成骨分化。

實施例2

一種牙科種植體，其表面通過以下方法處理：

（1）選用醫用純鈦牙科種植體作為基體，并進行表面清洗：依次經過丙酮、無水乙醇、去離子水各超聲清洗15分鐘，自然干燥；

（2）配置陽極氧化電解液：采用的電解液為氟化銨的含水丙三醇溶液，其中氟化銨質量分數為0.5wt%，水的體積分數為25vol%；

（3）陽極氧化法制備均勻二氧化鈦納米管膜層：采用恒壓直流陽極氧化技術，步驟（1）清洗后的純鈦牙種植體為陽極，石墨電極或者鉑片電極為陰極，放入步驟（2）配置的電解液內；工作電壓為30v，氧化時間為2h，反應溫度為室溫，隨后在酒精中超聲清洗30s，并在去離子水中沖洗，自然干燥；

（4）將步驟（3）處理后的牙種植體取出，用去離子水清洗后，以5℃/min的升溫速率置于馬弗爐內500℃煅燒4h，隨后在爐內自然冷卻至室溫；

（5）配置多巴胺自聚合前驅溶液：去離子水為溶劑，分別配置10mmol/l三羥甲基氨基甲烷溶液以及1mol/l的鹽酸溶液，向配置好的三羥甲基氨基甲烷溶液中逐滴加入鹽酸溶液直至調節ph值為8.5；將得到的三羥甲基氨基甲烷緩沖液作為溶劑，配置2mg/ml的鹽酸多巴胺溶液；

（6）將步驟（4）處理后的牙科種植體垂直完全浸泡于步驟（5）配置的鹽酸多巴胺溶液中，磁力攪拌溶液并在通氧環境下浸泡12h，隨后在去離子水中沖洗，自然干燥；

（7）將步驟（6）處理后的牙科種植體浸泡在1mg/ml硝酸銀溶液中，避光反應24h；

（8）將步驟（7）處理后的牙科種植體在去離子水中清洗，干燥后即可得到本發明中的具有生物活性抗菌表面的牙科種植體。

實施例3

一種牙科種植體，其表面通過以下方法處理：

（1）選用醫用純鈦牙科種植體作為基體，并進行表面清洗：依次經過丙酮、無水乙醇、去離子水各超聲清洗15分鐘，自然干燥；

（2）配置陽極氧化電解液：采用的電解液為氟化銨的含水丙三醇溶液，其中氟化銨質量分數為1wt%，水的體積分數為50vol%；

（3）陽極氧化法制備均勻二氧化鈦納米管膜層：采用恒壓直流陽極氧化技術，步驟（1）清洗后的純鈦牙種植體為陽極，石墨電極或者鉑片電極為陰極，放入步驟（2）配置的電解液內；工作電壓為40v，氧化時間為2h，反應溫度為室溫，隨后在酒精中超聲清洗30s，并在去離子水中沖洗，自然干燥；

（4）將步驟（3）處理后的牙種植體取出，用去離子水清洗后，以5℃/min的升溫速率置于馬弗爐內500℃煅燒3h，隨后在爐內自然冷卻至室溫；

（5）配置多巴胺自聚合前驅溶液：去離子水為溶劑，分別配置10mmol/l三羥甲基氨基甲烷溶液以及1mol/l的鹽酸溶液，向配置好的三羥甲基氨基甲烷溶液中逐滴加入鹽酸溶液直至調節ph值為8.5；將得到的三羥甲基氨基甲烷緩沖液作為溶劑，配置2mg/ml的鹽酸多巴胺溶液；

（6）將步驟（4）處理后的牙科種植體垂直完全浸泡于步驟（5）配置的鹽酸多巴胺溶液中，磁力攪拌溶液并在通氧環境下浸泡18h，隨后在去離子水中沖洗，自然干燥；

（7）將步驟（6）處理后的牙科種植體浸泡在8.5mg/ml硝酸銀溶液中，避光反應18h；

（8）將步驟（7）處理后的牙科種植體在去離子水中清洗，干燥后即可得到本發明中的具有生物活性抗菌表面的牙科種植體。

實施例4

一種牙科種植體，其表面通過以下方法處理：

（1）選用醫用純鈦牙科種植體作為基體，并進行表面清洗：依次經過丙酮、無水乙醇、去離子水各超聲清洗15分鐘，自然干燥；

（2）配置陽極氧化電解液：采用的電解液為氟化銨的含水丙三醇溶液，其中氟化銨質量分數為1wt%，水的體積分數為30vol%；

（3）陽極氧化法制備均勻二氧化鈦納米管膜層：采用恒壓直流陽極氧化技術，步驟（1）清洗后的純鈦牙種植體為陽極，石墨電極或者鉑片電極為陰極，放入步驟（2）配置的電解液內；工作電壓為10v，氧化時間為5h，反應溫度為室溫，隨后在酒精中超聲清洗30s，并在去離子水中沖洗，自然干燥；

（4）將步驟（3）處理后的牙種植體取出，用去離子水清洗后，以5℃/min的升溫速率置于馬弗爐內500℃煅燒3h，隨后在爐內自然冷卻至室溫；

（5）配置多巴胺自聚合前驅溶液：去離子水為溶劑，分別配置10mmol/l三羥甲基氨基甲烷溶液以及1mol/l的鹽酸溶液，向配置好的三羥甲基氨基甲烷溶液中逐滴加入鹽酸溶液直至調節ph值為8.5；將得到的三羥甲基氨基甲烷緩沖液作為溶劑，配置1.5mg/ml的鹽酸多巴胺溶液；

（6）將步驟（4）處理后的牙科種植體垂直完全浸泡于步驟（5）配置的鹽酸多巴胺溶液中，磁力攪拌溶液并在通氧環境下浸泡24h，隨后在去離子水中沖洗，自然干燥；

（7）將步驟（6）處理后的牙科種植體浸泡在5mg/ml硝酸銀溶液中，避光反應24h；

（8）將步驟（7）處理后的牙科種植體在去離子水中清洗，干燥后即可得到本發明中的具有生物活性抗菌表面的牙科種植體。

實施例5

一種牙科種植體，其表面通過以下方法處理：

（1）選用醫用純鈦牙科種植體作為基體，并進行表面清洗：依次經過丙酮、無水乙醇、去離子水各超聲清洗15分鐘，自然干燥；

（2）配置陽極氧化電解液：采用的電解液為氟化銨的含水丙三醇溶液，其中氟化銨質量分數為1wt%，水的體積分數為30vol%；

（3）陽極氧化法制備均勻二氧化鈦納米管膜層：采用恒壓直流陽極氧化技術，步驟（1）清洗后的純鈦牙種植體為陽極，石墨電極或者鉑片電極為陰極，放入步驟（2）配置的電解液內；工作電壓為20v，氧化時間為2h，反應溫度為室溫，隨后在酒精中超聲清洗30s，并在去離子水中沖洗，自然干燥；

（4）將步驟（3）處理后的牙種植體取出，用去離子水清洗后，以5℃/min的升溫速率置于馬弗爐內450℃煅燒4h，隨后在爐內自然冷卻至室溫；

（5）配置多巴胺自聚合前驅溶液：去離子水為溶劑，分別配置10mmol/l三羥甲基氨基甲烷溶液以及1mol/l的鹽酸溶液，向配置好的三羥甲基氨基甲烷溶液中逐滴加入鹽酸溶液直至調節ph值為8.5；將得到的三羥甲基氨基甲烷緩沖液作為溶劑，配置1.5mg/ml的鹽酸多巴胺溶液；

（6）將步驟（4）處理后的牙科種植體垂直完全浸泡于步驟（5）配置的鹽酸多巴胺溶液中，磁力攪拌溶液并在通氧環境下浸泡18h，隨后在去離子水中沖洗，自然干燥；

（7）將步驟（6）處理后的牙科種植體浸泡在6mg/ml硝酸銀溶液中，避光反應12h；

（8）將步驟（7）處理后的牙科種植體在去離子水中清洗，干燥后即可得到本發明中的具有生物活性抗菌表面的牙科種植體。