口腔种植材料专家讲座

口腔种植材料口腔种植材料第1页概述口腔植入材料概念口腔种植材料口腔种植材料第2页概述概念:是口腔生物材料分支植入口腔颌面部组织内用以整复和替换口腔颌面组织器官缺损﹑缺失和功效重建植入性生物材料口腔种植材料第3页概述分类以材料化学组成份类:金属类生物惰性陶瓷生物功效性陶瓷陶瓷类生物可吸收性陶瓷有机高分子类:天然衍生聚合物﹑人工合成聚合物复合材料类口腔种植材料第4页依据材料在机体内稳定性依据材料植入体内机体反应生物惰性材料生物活性材料非降解性材料降解性材料概述口腔种植材料第5页概述材料植入体内为机体组织所接收,不发生显著异物反应,材料与植入部位组织之间形成一个较薄纤维包膜,纤维包膜无显著血管组织和炎性细胞浸润反应.生物惰性材料口腔种植材料第6页概述又可细分为:生物耐受性材料:纤维包膜较厚,如PMMA﹑钴-铬-钼合金生物惰性材料:与骨组织紧密接触,但仍有一薄层纤维组织,如锆﹑氧化铝陶瓷口腔种植材料第7页概述材料能与植入部位组织反应,形成化学结合,在骨组织内与骨组织形成生物结合.是口腔种植材料研究重点和中心内容.生物活性材料口腔种植材料第8页

⑴生物性能⑹生产实用性口腔种植材料要求⑵机械性能⑶

加工成型性⑸

耐消毒灭菌性能

⑷

临床操作性能概述口腔种植材料第9页概述(1)良好生物学性能：

①组织相容性，指材料植入后与机体软、硬组织及体液接触时，含有良好亲和关系。

②生物力学相容性，硬组织及体液接触时，材料力学性能(弹性模量等参数)与骨组织相近，以防止种植体受力时在与骨组织界面上形成过大应力集中。

口腔种植材料第10页概述(2)良好机械性能：对于植入硬组织材料，应含有与周围组织匹配强度，硬度，弹性模量和耐磨性，能够承载静态和动态或各种生理状态下力，并要求在临床所期望使用时间内不发生材料折断、变形、磨损。

口腔种植材料第11页概述(3)良好加工成形性能：种植技术是建立在近代机械加工发展基础之上。良好加工性能才能满足形态设计需要，临床上大量使用外形尺寸一致，表面加工精细标准化种植体，有时也针对个体解剖形态特点用种植材料个别制作，以恢复缺损硬组织。

口腔种植材料第12页口腔种植材料第13页概述(4)良好耐消毒灭菌性能：种植体在植入前必须严格地施行消毒灭菌，所以要求所用种植材料不会因高压、高温、各种消毒液体和气体浸泡熏蒸、紫外线和γ射线照射等处理而发生变形，又不会滞存残量消毒物质，以确保种植手术安全和成功。口腔种植材料第14页概述口腔种植材料相关概念非负荷区种植与负荷区种植非负荷区种植---材料不负担功效运动所需应力或只分担极少部分,如颌面美容修复、牙周骨缺损修复、牙槽嵴增高等,对材料要求主要是生物学性能.负荷区种植---材料负担传递功效运动所需外力,如人工种植牙根、大面积颌骨缺损修复、关节修复与替换等.对材料要求除生物学性能外,主要是生物力学性能.口腔种植材料第15页口腔种植材料第16页概述骨性结合:20世纪60年代,Branemark首先提出osseointegration概念,国内译成骨整合或骨性结合.是指在光学显微镜下,高分化活骨组织与种植体形成直接接触关系.20世纪70年代,Hench提出生物活性概念,是指一个特殊能造成材料和组织在界面上形成化学键接物质,是电子显微镜观察结果.1992年,Williams将骨性结合明确定义为:经过物理化学过程,形成种植体与骨组织基质连续性对口腔种植学发展起到主导作用口腔种植材料第17页概述骨引导性和骨诱导性骨引导性---材料植入骨组织内,与骨组织直接接触,引导骨组织在其表面生长,而逐步形成骨性结合,也常称为爬行替换.骨诱导性---材料含有诱导基质干细胞向骨源细胞分化能力,并形成骨组织,不但在植入骨组织内能够诱导骨生长,而且在植入非骨区域也可形成骨组织.口腔种植材料第18页金属类种植材料作为种植材料，对金属要求：①优良耐腐蚀性②无毒、副作用，组织相容性好③适宜机械性能，耐磨、坚固④合理价格口腔种植材料第19页金属类种植材料316L不锈钢硬度低（维氏硬度仅165）表面易于压痕，极限抗拉张强度、屈服强度和疲劳强度均低，易变形折断抗腐蚀性差易加工,价格低廉主要用于骨折固定微小夹板和螺钉口腔种植材料第20页金属类种植材料口腔种植材料第21页金属类种植材料铸造钴铬钼合金极限抗拉张强度、屈服强度和疲劳强度均高耐腐蚀毒性较不锈钢显著为大，对钴过敏者可造成种植失败当前较少使用口腔种植材料第22页

钛及合金耐磨性差硬度高屈服强度和疲劳强度高

弹性模量低良好化学稳定性耐腐蚀良好生物学性能质地轻----当前主要用于负荷区修复金属类种植材料口腔种植材料第23页金属类种植材料钝化---金属在体液中快速氧化，在表面形成一层薄、致密、难溶有晶体结构氧化物，这层钝化膜称为氧化膜。因为氧化膜保护，金属继续氧化速度减慢。氧化膜形成是金属耐腐蚀性起源。钛:形成氧化膜速度相当快，在富氧情况下被破坏氧化层会马上得到修补。钛高抗破坏能力表现在其钝化区不可能产生腐蚀。钛表面坚固氧化层使得钛具备了非金属特征。因为钛-组织界面中仅仅是氧化层与细胞和体液间形成化学结构。因而，钛具备良好生物相容性。口腔种植材料第24页金属类种植材料

多孔镍钛合金种植体口腔种植材料第25页金属类种植材料口腔种植材料第26页口腔种植材料第27页金属类种植材料镍钛形状记忆合金在不一样温度下表现为不一样金属结构相。低温时为单斜结构相，高温时为立方体结构相，前者柔软可随意变形，如拉直式屈曲，而后者刚硬，可恢复原来形状，并在形状恢复过程中产生较大恢复力。口腔种植材料第28页口腔种植材料第29页金属类种植材料镍钛形状记忆合金奇特形状记忆功效质轻、强度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性耐腐蚀、耐磨种植牙含有齿槽骨切口小，固定牢靠等优点人工关节、口腔正畸、断骨连接、弯曲脊柱矫正口腔种植材料第30页口腔种植材料第31页金属类种植材料缺乏与骨组织键合作用弹性模量较骨高,力学相容性不理想金属离子释放也值得关注赋予金属材料生物功效性提升表面稳定性、耐磨性和力学相容性处理这三个问题是研究重点利用表面改性技术口腔种植材料第32页生物活性材料：生物活性，在材料领域里主要指能在材料与生物组织界面上诱发特殊生物、化学反应特征，这种反应造成材料和生物组织间形成化学键合。材料弹性模量由小变大时，界面骨支持组织应力强度也随之由小变大，当材料弹性模量在10000-27000Mpa时，界面骨支持组织应力强度相对到达最小值。口腔种植材料第33页金属类种植材料口腔种植材料第34页钛材种植体生物陶瓷涂层方法以等离子焰流为热源利用等离子流将粉末加热

在熔融或靠近熔融状态下喷向基底表面形成涂层对涂层进行热处理,降低内部残余应力

高温等离子喷涂口腔种植材料第35页钛材种植体生物陶瓷涂层存在问题:属于线型工艺,用于多孔或形状复杂基底上难以取得均匀一致涂层制备过程中温度高,冷却时基底与涂层界面会存在高残余应力喷涂过程易使HA发生分解,造成HA结晶度低涂层结构不致密原料需用高纯度HA粉末,较昂贵口腔种植材料第36页钛材种植体生物陶瓷涂层涂料制成料浆,涂加在金属基底表面

高温下热处理,

料粉与基体之间发生热扩散和固相反应基底表面形成多孔或致密结合牢靠涂层

涂覆-烧结法口腔种植材料第37页钛材种植体生物陶瓷涂层问题:制备过程中高温使得金属基体性能下降和HA分解烧结过程中金属基底和陶瓷涂层之间热物理性能差异造成了涂层内部产生热应力,从而降低涂层与基底结合强度,造成涂层微裂纹和剥落口腔种植材料第38页在基底材料表面预先涂覆一定配比CaHPO4.2H2O和CaCO3粉末用激光器进行熔覆处理,使合成与涂覆一步完成——激光熔覆法涂层与基底结合好,硬度、强度高涂层均匀性和稳定性难控制有希望成为生产生物医用材料路径口腔种植材料第39页钛材种植体生物陶瓷涂层离子束溅射法采取离子束轰击生物材料靶材,使溅射出粒子沉积在基板表面形成涂层用来制备较薄涂层口腔种植材料第40页钛材种植体生物陶瓷涂层

电沉积技术口腔种植材料第41页钛材种植体生物陶瓷涂层

电泳沉积技术口腔种植材料第42页钛材种植体生物陶瓷涂层电化学法特点在温和条件下进行,基底与涂层界面不存在热应力问题,有利于增强结合强度非直线过程,能够在形状复杂和表面多孔基底上制备出均匀涂层口腔种植材料第43页钛材种植体生物陶瓷涂层溶胶-凝胶法将涂层配料制成凝胶,使之均匀覆盖于基底表面溶剂快速挥发,配料发生缩聚反应而胶化经干燥和热处理,得到涂层制备温度低,涂层性能均匀,结晶度好,晶粒尺寸为纳米级,但纯HA涂层结合强度不高口腔种植材料第44页钛材种植体生物陶瓷涂层

仿生溶液生长法

金属表面进行预处理表面形成活性金属氧化物层置于模拟体液中HA涂层口腔种植材料第45页仿生溶液生长法优点低温操作,增强结协力.更高骨结协力

1不受基材形状限制,可控制晶体微观结构2不需经热处理,能够和生物活性分子同时沉积3设备投资少,工艺简单

4口腔种植材料第46页仿生溶液生长法不足当前没有制备生物活性最正确方法1没有产生更加好生物活性反应介质23当前涂层几乎是纯磷酸钙涂层4

涂层厚度较薄(10~15µm)

----探索形成仿生学涂层溶液以及制备复合仿生涂层是努力方向口腔种植材料第47页利用模板法诱导晶体生长方法模拟生物矿化研究已成为一个热门课题。即使，模板法模拟生物矿化过程制备材料取得了很大成功，不过这项研究还存在几点不足。首先，大多数研究工作都是经过优化模板结构和化学性质来调控晶体结构、形貌和取向，不过对于用模板来控制特定晶型晶体生长研究还极少。其次，实际应用晶体材料大多需要厘米尺寸，不过由模板法调控生成晶体，有很大一部分是毫米尺寸，这就限制了晶体实用性。另外，现今社会对有机材料需求也日益增多，而由模板法调控生成晶体大多数是无机晶体口腔种植材料第48页钛材种植体生物陶瓷涂层涂层结构HA颗粒部分熔融,与金属基体高速撞击,快速冷却凝固大部分熔融HA来不及结晶,以无定形形态凝固颗粒内层熔融HA重新结晶口腔种植材料第49页钛材种植体生物陶瓷涂层涂层结构口腔种植材料第50页钛材种植体生物陶瓷涂层涂层组成口腔种植材料第51页钛材种植体生物陶瓷涂层涂层孔隙HA颗粒熔融部分由内聚力结合在一起颗粒间未熔融部分变形,充填于熔融部分之间未完全充填处形成涂层孔隙粉粒越细,涂层更致密

-----孔隙对涂层降解和力学性能有主要影响口腔种植材料第52页钛材种植体生物陶瓷涂层HA涂层生物学作用促进钛材种植体与骨结合,尤其是早期骨整合,提升早期植入体与骨界面结合强度(钛材种植体与骨组织间隙大于50µm时,生成纤维组织,造成失败,HA涂层种植体与骨组织间隙较大时,仍能激发骨生长,到达骨性结合)口腔种植材料第53页钛材表面氧化物活化二氧化钛是致密钝化层,引导磷酸盐沉积能力极差,甚至不能诱导.

与骨组织形成键合制备表面活性二氧化钛及其凝胶,发挥表面钛羟基功效口腔种植材料第54页钛材表面氧化物活化方法阳极氧化法溶胶-凝胶法粗糙化+酸处理法强碱处理法酸-碱两步法双氧水等强氧化剂处理法表面接枝诱导矿化成核离子注入低温等离子辉光放电法口腔种植材料第55页钛材涂层问题涂层材料与基体性质差异大涂层与基体结合界面问题涂层材料生物活性与稳定性关系问题基材、涂层材料与骨组织力学相容性不匹配问题口腔种植材料第56页处理方法研究梯度功效材料涂层技术和方法研究复合涂层研究新复合涂层材料设计新涂层材料力学相容性口腔种植材料第57页陶瓷类种植材料广义生物陶瓷生物陶瓷狭义生物陶瓷口腔种植材料第58页生物陶瓷（Bioceramies）是指用作特定生物或生理功效一类陶瓷材料，即直接用于人体或与人体相关生物、医用、生物化学等陶瓷材料。广义讲，凡属生物工程陶瓷材料统称为生物陶瓷。狭义生物陶瓷是指植入人体或与人体组织直接接触，使机体功效得以恢复或增强可使用陶瓷。口腔种植材料第59页陶瓷类种植材料作为口腔种植材料已经有20年历史陶瓷强度高，耐腐蚀、无毒、能很好地被口腔组织接收等特点，近几年发展很快，陶瓷脆性又是它致命弱点，一样也限制了它在口腔种植领域应用口腔种植材料第60页陶瓷类种植材料分类:依据生物陶瓷材料性质和在机体组织内引发组织反应类型生物惰性陶瓷:材料植入活体组织后没有或几乎没有组织反应，它们在体内处于稳定状态。包含单晶和多晶氧化铝、高密度羟基磷灰石、氧化锆、氮化硅等口腔种植材料第61页陶瓷类种植材料生物反应性陶瓷:在生理环境中含有化学活性陶瓷。含有在组织和种植体之间刺激化学性结合能力。陶瓷种植体植入后有引导界面上骨组织形成作用，因而能很快形成与骨组织化学性结合。包含低密度羟基磷灰石（锆-羟基磷灰石、氟-羟基磷灰石、钙-羟基磷灰石等）陶瓷、磷酸钙玻璃陶瓷、生物玻璃等口腔种植材料第62页陶瓷类种植材料生物可吸收性陶瓷:完全被组织吸收陶瓷材料,含有更加好生物相容性。在植入体内早期，逐步有机体组织长入。因为孔隙小，有很好机械强度。但伴随陶瓷在机体新陈代谢过程中被吸收，其强度便显著下降，最终被机体软硬组织所取代。包含可溶性磷酸三钙、可溶性铝酸钙等.临床惯用在组织缺损时起过渡性支架或填充体作用口腔种植材料第63页陶瓷与机体相互作用影响陶瓷结构种植技术陶瓷表面形态机体反应性陶瓷类种植材料口腔种植材料第64页陶瓷类种植材料种植材料性质很大程度决定材料与机体界面反应材料组成结构与界面:生物反应性陶瓷----与骨组织呈骨性界面结合,界面区无纤维组织膜生物惰性陶瓷----纤维接触界面生物可吸收性陶瓷----界面存在新骨形成并伴随陶瓷材料分解吸收口腔种植材料第65页陶瓷类种植材料材料表面状态与界面:陶瓷表面能体液对材料润湿性,对种植材料与机体组织结合有很大影响陶瓷材料表面能愈高,体液在材料表面张力愈低,润湿性愈好,材料与组织结合性能愈佳接触角越小,润湿性越好,当前口腔种植材料中,玻璃陶瓷、羟基磷灰石含有最小接触角.口腔种植材料第66页陶瓷类种植材料陶瓷材料孔隙孔隙作用:为纤维细胞和骨细胞向陶瓷中生长提供通道和生长场所增大组织液与陶瓷材料之间接触表面积,加速反应过程有利于局部体液循环,为长入材料内部新生骨提供营养引导纤维及骨组织长入孔隙中,发挥机械性锁结固定作用口腔种植材料第67页陶瓷类种植材料陶瓷材料孔隙

15～50µm------有利于纤维微管生长；

50～150µm-----有利于类骨质形成；

150～250µm----引导形成矿化骨组织作用显著而直接；

250µm以上-----诱导分化能力：成纤维细胞﹥成骨细胞。孔隙度高，孔隙相通材料有利于营养物质传递和新骨长入,。但孔隙度过高，又对材料强度有影响。普通控制在30%左右口腔种植材料第68页陶瓷类种植材料陶瓷材料形态颗粒状、粉末状长久植入不易产生瘤样增生块状易诱发肉瘤有孔者比无孔者、圆钝材料比角形材料瘤样增生发生率降低50%口腔种植材料第69页陶瓷类种植材料材料力学性质与界面:

陶瓷材料本身力学性质和在应力作用下力传导性质,必须与骨力学性质和力传导性质相匹配,才能取得良好力学相容性.

陶瓷材料与天然牙和骨组织相比,弹性模量高,刚性大,受应力尤其是水平应力时,应力不能得到分散和缓冲,加上骨组织是多相多孔体,应力应变呈粘弹性关系,所以轻易形成种植体周围应力集中,造成骨吸收和破坏.口腔种植材料第70页陶瓷类种植材料临床应用(一)陶瓷人工牙根种植体利用生物陶瓷材料制成牙根种植体,植入拔牙窝或人工牙窝内,在种植体上部制作义齿修复体以恢复缺失牙解剖形态,并经过牙根种植体将应力直接传导和分散到颌骨以取得咀嚼功效.

应用现实状况:已广泛应用于临床,如单晶或多晶氧化铝陶瓷、羟基磷灰石陶瓷及生物玻璃陶瓷人工牙根种植体.为克服脆性大等缺点,当前普通是将陶瓷与金属复合,采取烧结、溅射、喷涂等涂层方法,将生物陶瓷涂层在金属核上制成陶瓷涂层人工牙根复合种植体.口腔种植材料第71页良好生物性能,产生骨性界面结合表面形成孔隙,增强与骨组织机械性结合可阻止或降低内层金属离子释放利用金属核强度能克服单纯陶瓷人工牙根种植体脆性大、机械强度差缺点可改进种植体表面弹性模量优点陶瓷类种植材料口腔种植材料第72页陶瓷类种植材料(二)陶瓷人工骨利用陶瓷材料替换和恢复骨缺损缺失生理外形,并重建已丧失生理功效.并未具备骨性质,而是利用其组成网状支架结构,促进和引导骨组织成骨.分类:按陶瓷材料---氧化铝陶瓷人工骨、羟基磷灰石陶瓷、生物玻璃陶瓷、磷酸三钙陶瓷等按形态---块状型、颗粒型、粉末型按致密程度---致密实体型、多孔泡沫型按组成成份---单一陶瓷人工骨、复合陶瓷人工骨口腔种植材料第73页陶瓷类种植材料颗粒型陶瓷人工骨性质和用途主要适合用于颌骨局部缺损修复以及骨萎缩吸收后生理外形恢复等,是应用最广一个形态颗粒形态以圆形为最正确颗粒直径对组织反应也有差异,直径在500µm~1000µm时,能使纤维组织和新生骨组织同时长入人工骨颗粒之间,孔隙率也保持在30%左右口腔种植材料第74页陶瓷类种植材料多孔泡沫型陶瓷人工骨性质和用途主要适合用于大面积骨缺损修复分大孔型(孔隙率55%)和小孔型(孔隙率75%),小孔型对于大面积骨缺损修复有很好效果加工成形比较困难,易碎,植入体内一段时间后,因组织长入彼此交互联结,强度有所提升口腔种植材料第75页陶瓷类种植材料致密实体型陶瓷人工骨性质和用途用于局部骨缺损修复和生理性骨吸收后生理外形恢复,以及拔牙后马上进行牙槽窝埋入以减缓牙槽骨吸收，保留牙槽嵴高度密度大、机械强度高,可承受较大应力弹性模量高、刚性大,轻易引发骨组织损伤、吸收口腔种植材料第76页口腔种植材料第77页代表性生物陶瓷性能和应用分类生物惰性类陶瓷生物活性类陶瓷生物可吸收性陶瓷口腔种植材料第78页机械强度较高良好耐磨耗性和润滑性弹性模数高各种结晶形态属于生物惰性材料含有亲水性，表面易形成水膜体液中稳定对周围机体组织呈惰性反应孔径大材料有新骨长入生物惰性类陶瓷-氧化铝机械性能生物性能普通情况口腔种植材料第79页生物惰性类陶瓷-氧化铝：应用1

人工关节等2

人工牙根3接骨螺钉用于骨固定口腔种植材料第80页口腔种植材料第81页生物惰性类陶瓷-碳素主要有玻璃碳、碳纤维、热分解碳和碳碳复合物含有优良抗血栓性，应用于人工心脏瓣膜在其它方面真正实用化有待探索口腔种植材料第82页机械强度较高良好韧性和挠曲强度“陶瓷钢”其特征在技术上难把握优良韧性生物相容性以及与骨组织结合情况大致与氧化铝相同生物惰性类陶瓷-氧化锆机械性能生物性能普通情况口腔种植材料第83页生物惰性类陶瓷-氧化锆：应用1

与氧化铝相同2较多用作口腔全瓷修复体材料3使用CAD/CAM技术制备高强度氧化锆冠桥口腔种植材料第84页生物活性类陶瓷-羟基磷灰石（HAp）1迄今仍为医学界研究热题是生物活性陶瓷钙磷比为1.67，组成与天然骨、牙无机成份相同2机械强度与制作工艺有很大关系脆性大，耐冲击强度低3分子结构和钙磷比与正常骨无机成份相同，生物相容性十分优良，植入骨缺损区有很好修复效果对软组织也一样含有良好相容性口腔种植材料第85页Hap人工牙根曾风靡一时

Hap多孔体惯用于骨置换和骨缺损修复

羟磷灰石（HAp）：应用口腔种植材料第86页口腔种植材料第87页口腔种植材料第88页羟磷灰石（HAp）：改性

羟磷灰石与有机高分子聚合物复合羟磷灰石与胶原、骨形成蛋白或生物活性分子复合多相陶瓷复合烧结掺杂改性其它形式复合口腔种植材料第89页其它生物活性及生物可吸收性陶瓷生物玻璃生物活性玻璃陶瓷磷酸三钙羟基磷灰石与磷酸三钙双相陶瓷口腔种植材料第90页微晶玻璃：含有玻璃和陶瓷双重特征，普通玻璃内部原子排列是没有规则，这也是玻璃易碎原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它原子排列是有规律。所以，微晶玻璃比陶瓷亮度高，比玻璃韧性强。口腔种植材料第91页口腔种植材料第92页陶瓷类种植材料生物陶瓷发展趋势从致密体向多孔体发展:致密陶瓷表面气孔率较小,有很好机械性能,但植入人体后,只能在表面形成骨质,骨组织不能长入材料内部,力学性能远不能用于负荷区修复.模拟、防制或复制生物骨组织多孔结构,研制孔隙相通生物活性和生物可降解性多孔生物陶瓷材料,依然是当前生物陶瓷研究主要方向.

合成多孔陶瓷材料,不论从力学性能还是从孔隙结构特征上讲,均远不及天然生物骨组织.所以,经过将生物骨组织人工改性,取得多孔生物陶瓷完整地保留了生物骨组织多孔特征和生物活性,成为研究热点.比如,将牛骨、珊瑚等脱去有机物后,经适当烧结工艺,再经过磷酸盐修饰,HA多孔生物陶瓷.口腔种植材料第93页陶瓷类种植材料复合生物陶瓷发展:经过成份改进,有目标地选择第二相,以取得更加好机械性能及生物学性能.如:HA基陶瓷与磷酸三钙( TCP)复合、HA基陶瓷与生物玻璃复合、HA与有机物复合、多孔生物陶瓷与骨髓基质细胞或骨形成蛋白等骨生长物质复合等HA结构向类骨磷灰石结构方向发展:人类骨组织磷灰石呈低结晶度纳米级HA.按仿生学构想,将HA生物陶瓷合成转向低结晶度非化学计量贫钙HA,尤其是碳酸磷灰石、氯磷灰石、氟磷灰石纳米HA研究增多,提升了磷灰石生物相容性和吸收降解性口腔种植材料第94页陶瓷类