本發(fā)明涉及牙科種植體領域，具體涉及一種牙科種植體及其制備方法。

背景技術(shù)：

種植牙被稱為人類“第三幅牙齒”，不僅可以修復缺失的患牙，而且解決了常規(guī)義齒修復對天然牙齒所造成的損傷問題。20世紀60年代，Branemark提出骨整合理念以來，骨整合就成為現(xiàn)代種植牙修復的理論基礎，為種植牙的修復成功的金標準。鈦合金Ti-6Al-4V是目前國際公認的安全系數(shù)較高的植入物材料，也是目前種植體的主要制備合金材料。種植體的表面性能對其的骨整合具有重要影響，主要包括表面形貌、表面元素及其潤濕性等。因此，獲得良好的種植體形貌對于種植體的成功率具有非常重要的意義。但是，目前的種植體在種植成功率以及遠期修復上的效果都不盡人意。

石墨烯為單原子層平面結(jié)構(gòu)，它具有優(yōu)良的理化性能，如較高的機械強度及彈性等，其機械強度相當于鋼鐵材料的100倍甚至200倍，穩(wěn)定的化學性能，良好的生物相容性，具備優(yōu)越的導電和導熱性，一定的彈性。自2005年起，基于石墨烯在生物醫(yī)學領域的研究層出不窮，研究主要聚焦于疾病診斷、抗菌及抗病毒材料、癌癥的靶向治療、熱輻射治療、藥物輸送及組織工程等領域。另外，石墨烯經(jīng)處理后具備一定的促進細胞增殖能力，因此，將石墨烯運用到牙科種植體的制備上具有良好的應用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種種植成功率高、遠期修復效果好的牙科種植體及其制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種牙科種植體，包括種植體本體以及涂覆在種植體本體表面的還原型石墨烯層。

與傳統(tǒng)的種植體涂層材料如羥基磷灰石HA等相比較，還原型石墨烯由于其自身結(jié)構(gòu)中存在在π-π鍵的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對蛋白質(zhì)具有很好地吸附性，從而具有一定的骨誘導性，可以誘導種植位點附近的間充質(zhì)干細胞的骨向分化，從而提高骨整合效果。

所述的種植體本體包括Ti-6Al-4V合金種植體。

所述還原型石墨烯層中石墨烯的粒徑為0.1～10μm。

一種如上所述牙科種植體的制備方法，包括以下幾個步驟：

(1)利用過3D打印機將Ti-6Al-4V合金制成種植體本體，待用；

(2)在步驟(1)所得的種植體本體表面負載正電荷的氨基，然后滴加氧化石墨烯溶液，然后進行旋涂處理，使氧化石墨烯在種植體本體表面均勻分布，待其自然干燥后，得到負載氧化石墨烯的種植體；

(3)將步驟(2)所得負載氧化石墨烯的種植體進行高溫還原處理，即得所述牙科種植體。

步驟(2)所述負載正電荷的氨基通過以下方法獲得：將種植體本體浸泡在3％APTES溶液中處理1小時，然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，即在種植體本體表面負載正電荷的氨基。

本發(fā)明所采用的種植體采用3D打印技術(shù)制備，可根據(jù)種植區(qū)周圍的骨量及骨高度、密度等實現(xiàn)種植體的個性化定制。

所述氧化石墨烯溶液的濃度為0.25～1.0mg/mL。

所述旋涂處理操作條件為500～700r/min轉(zhuǎn)速下處理6～8s，然后在900～1100r/min轉(zhuǎn)速下處理8～12s。

所述高溫還原處理的處理溫度為180～200℃，處理時間為2～3h。氧化石墨烯經(jīng)高溫還原后，其表面的含氧官能團會斷裂而破壞，同時斷裂的化學鍵可重新構(gòu)建共軛π鍵，從而得到還原石墨烯。

相比較于氧化型石墨烯而言，還原型石墨烯由于恢復了部分共軛π鍵，因此，其吸附蛋白質(zhì)的能力有所提高，從而增加了其骨誘導性及成果效果。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾方面：

(1)在種植體表面涂覆還原型石墨烯，使得牙科種植體具有生物學活性的共軛雙鍵結(jié)構(gòu)，具備優(yōu)良的生物學活性，可獲得很好的骨結(jié)合能力，從而提高種植成功率以及遠期修復的效果；

(2)創(chuàng)新性地采用3D打印技術(shù)制備牙科種植體，使其實現(xiàn)了個性化治療，可根據(jù)種植區(qū)域的骨量、骨密度等進行個性化定制與選擇，從而實現(xiàn)真正意義的種植體個性化治療。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明種植體本體的微觀形貌掃描電鏡(SEM)照片圖；

圖1b為本發(fā)明牙科種植體的微觀形貌掃描電鏡(SEM)照片圖；

圖2a為本發(fā)明牙科種植體的能量彌散X射線探測器(EDX)圖；

圖2b為本發(fā)明牙科種植體的能量彌散X射線探測器(EDX)圖；

圖3為種植體本體在負載石墨烯層前后的拉曼光譜圖；

圖4為本發(fā)明牙科種植體培養(yǎng)成骨細胞MC3T3-E1 24h后的激光共聚焦顯微鏡(CLSM)圖片；

圖5為不同處理表面培養(yǎng)成骨細胞MC3T3-E1在14天后通過定量PCR(qRT-PCR)檢測相關(guān)成骨基因表達的柱狀圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

一種牙科種植體的制備方法，包括以下幾個步驟：

(1)選用Ti-6Al-4V材料采用3D打印制備種植體本體，采用去離子水持續(xù)超聲清洗直至液體澄清，然后依次用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗各15分鐘，65℃恒溫烘箱烘干備用；

(2)將種植體本體浸泡在3％APTES溶液中處理1小時使其表面負載帶正電荷的氨基，配制不同濃度的氧化石墨烯溶液：以去離子水為溶劑配制0.25mg/ml的氧化石墨烯水溶液；

(3)利用旋涂技術(shù)在Ti-6Al-4V片表面制備氧化石墨烯涂層：旋涂工藝具體參數(shù)為：低轉(zhuǎn)速為600r/min，處理時間為7s，高轉(zhuǎn)速為1000r/min，處理時間10s，反應溫度為室溫；

(4)氧化石墨烯涂層制備完成后，將其在常溫條件下進行干燥處理；

(5)將干燥后的氧化石墨烯涂層的鈦合金片置于高溫干燥箱中進行加熱處理，具體參數(shù)如下：溫度為180℃，處理時間為2h，處理完成將其取出，室溫下進行降溫，即獲得具備還原型石墨烯涂層的3D打印牙科種植體。

實施例2

一種牙科種植體的制備方法，包括以下幾個步驟：

(1)選用Ti-6Al-4V材料采用3D打印制備種植體本體，采用去離子水持續(xù)超聲清洗直至液體澄清，然后依次用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗各15分鐘，65℃恒溫烘箱烘干備用；

(2)將種植體本體浸泡在3％APTES溶液中處理1小時使其表面負載帶正電荷的氨基，配制不同濃度的氧化石墨烯溶液：以去離子水為溶劑配制0.5mg/ml的氧化石墨烯水溶液；

(3)利用旋涂技術(shù)在Ti-6Al-4V片表面制備氧化石墨烯涂層：旋涂工藝具體參數(shù)為：低轉(zhuǎn)速為600r/min，處理時間6s，高轉(zhuǎn)速為1000r/min，處理時間10s，反應溫度為室溫；

(4)氧化石墨烯涂層制備完成后，將其在常溫條件下進行干燥處理；

(5)將干燥后的氧化石墨烯涂層的鈦合金片置于高溫干燥箱中進行加熱處理，具體參數(shù)如下：溫度為180℃，處理時間為2h，處理完成后將其取出，室溫下進行降溫，即獲得具備還原型石墨烯涂層的3D打印牙科種植體。

將制備的還原型石墨烯涂層的3D打印牙科種植體，并結(jié)合相關(guān)附圖對本發(fā)明進行進一步解釋說明。圖1b為種植體基體表面加載石墨烯涂層后微觀形貌的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，圖1a為加載石墨烯涂層前的微觀形貌，可見圖1b表面加載石墨烯涂層后，可見經(jīng)氧化石墨烯旋涂后鈦片表面附著了一層碳涂層。圖2為種植體基體表面加載石墨烯涂層前后其表面的能量色散X射線能譜分析(EDX)能譜圖，從能譜圖可見當加載還原石墨烯涂層后，出現(xiàn)了碳元素峰值，證明有富含碳元素的物質(zhì)沉積在牙科種植體表面。圖3種植體基體表面加載還原型石墨烯涂層后的拉曼光譜圖，可見加載還原石墨烯后其表面出現(xiàn)了特征性的D峰和G峰，并出現(xiàn)了2D峰的結(jié)構(gòu)。圖4為構(gòu)建石墨烯涂層后的種植體表面成骨細胞(MC3T3-E1)24h后的激光共聚焦顯微鏡CLSM圖片，可見加載還原型石墨烯涂層后成骨細胞獲得較好的粘附、伸展效果。圖5中則比較表面加載石墨烯涂層14天后成骨相關(guān)基因(OCN、OPN、BSP)的表達情況，其中control為3D打印鈦合金表面，rGO為加載石墨烯涂層后鈦合金表面；其中第一幅圖為OCN基因的表達水平；第二幅圖為OPN基因的表達水平；第三幅圖為BSP基因的表達水平；其中，*表示相比對照組存在著差異性p<0.05。加載石墨烯涂層后鈦片表面成骨相關(guān)基因OCN、OPN、BSP的表達明顯上調(diào)。因此，實驗證實加載還原型石墨烯涂層后鈦合金種植體對其表面細胞的OCN、OPN、BSP成骨相關(guān)基因的表達有明顯的上調(diào)作用。該作用對于牙科種植體植入骨組織后的新骨生成及骨結(jié)合具有非常重要的意義。本發(fā)明也是首次通過種植體表面加載石墨烯涂層來實現(xiàn)骨整合的鈦合金種植體。

因此，在Ti-6Al-4V鈦合金片表面加載石墨烯涂層后，在其種植體表面存在一層石墨烯涂層，并確定存在石墨烯的沉積。加載石墨烯后鈦合金種植體對于成骨細胞的OCN、OPN、BSP成骨相關(guān)基因的表達有明顯的促進作用。

實施例3

一種牙科種植體的制備方法，包括以下幾個步驟：

(1)選用Ti-6Al-4V材料采用3D打印制備種植體本體，采用去離子水持續(xù)超聲清洗直至液體澄清，然后依次用丙酮、無水乙醇和去離子水超聲清洗各15分鐘，65℃恒溫烘箱烘干備用；

(2)將種植體本體浸泡在3％APTES溶液中處理1小時使其表面負載帶正電荷的氨基，配制不同濃度的氧化石墨烯溶液：以去離子水為溶劑配制1.0mg/ml的氧化石墨烯水溶液；

(3)利用旋涂技術(shù)在Ti-6Al-4V片表面制備氧化石墨烯涂層：旋涂工藝具體參數(shù)為：低轉(zhuǎn)速為600r/min，處理時間7s，高轉(zhuǎn)速為1000r/min，處理時間10s，反應溫度為室溫；

(4)氧化石墨烯涂層制備完成后，將其在常溫條件下進行干燥處理；

(5)將干燥后的氧化石墨烯涂層的鈦合金片置于高溫干燥箱中進行加熱處理，具體參數(shù)如下：溫度為180℃，處理時間為2h，處理完成后將其取出，室溫下進行降溫，即獲得具備還原型石墨烯涂層的3D打印牙科種植體。

實施例4

一種牙科種植體的制備方法，包括以下幾個步驟：

(1)選用Ti-6Al-4V材料采用3D打印制備種植體本體，然后在3％(wt)的APTES溶液中浸泡處理1小時，然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，以便在其表面獲得待正電荷的氨基；

(2)配制不同濃度的氧化石墨烯溶液：以去離子水為溶劑配制0.5mg/ml的氧化石墨烯水溶液；

(3)利用旋涂技術(shù)在Ti-6Al-4V片表面制備氧化石墨烯涂層：旋涂工藝具體參數(shù)為：低轉(zhuǎn)速為500r/min，處理時間6s，高轉(zhuǎn)速為900r/min，處理時間8s，反應溫度為室溫；

(4)氧化石墨烯涂層制備完成后，將其在常溫條件下進行干燥處理；

(5)將干燥后的氧化石墨烯涂層的鈦合金片置于高溫干燥箱中進行加熱處理，具體參數(shù)如下：溫度為190℃，處理時間為2.5h，處理完成后將其取出，室溫下進行降溫，即獲得具備還原型石墨烯涂層的3D打印牙科種植體。

經(jīng)檢測，所得的牙科種植體表面的還原型石墨烯對于成骨細胞的OCN、OPN、BSP成骨相關(guān)基因的表達有明顯的促進作用，具有良好的種植成功率以及遠期修復上的效果。

實施例5

一種牙科種植體的制備方法，包括以下幾個步驟：

(1)選用Ti-6Al-4V材料采用3D打印制備種植體本體，然后在3％(wt)的APTES溶液中浸泡處理1小時，然后分別用無水乙醇和去離子水清洗，以便在其表面獲得待正電荷的氨基；

(2)配制不同濃度的氧化石墨烯溶液：以去離子水為溶劑配制1mg/ml的氧化石墨烯水溶液；

(3)利用旋涂技術(shù)在Ti-6Al-4V片表面制備氧化石墨烯涂層：旋涂工藝具體參數(shù)為：低轉(zhuǎn)速為700r/min，處理時間8s，高轉(zhuǎn)速為1100r/min，處理時間12s，反應溫度為室溫；

(4)氧化石墨烯涂層制備完成后，將其在常溫條件下進行干燥處理；

(5)將干燥后的氧化石墨烯涂層的鈦合金片置于高溫干燥箱中進行加熱處理，具體參數(shù)如下：溫度為200℃，處理時間為3h，處理完成后將其取出，室溫下進行降溫，即獲得具備還原型石墨烯涂層的3D打印牙科種植體。

經(jīng)檢測，所得的牙科種植體表面的還原型石墨烯對于成骨細胞的OCN、OPN、BSP成骨相關(guān)基因的表達有明顯的促進作用，具有良好的種植成功率以及遠期修復上的效果。