口腔材料学教学口腔种植材料.ppt
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1、口腔种植材料,概述,口腔植入材料,概 念,口腔种植材料,概述,概念:是口腔生物材料的分支植入口腔颌面部组织内用以整复和替代口腔颌面组织器官缺损缺失和功能重建的植入性生物材料,概述,分类以材料的化学组成分类:金属类生物惰性陶瓷生物功能性陶瓷 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,根据材料在机体内的稳定性,根据材料植入体内机体的反应,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,概述,材料植入体内为机体组织所接受,不发生明显的异物反应,材料与植入部位组织之间形成一种较薄的纤维包膜,纤维包膜无明显的血管组织和炎性细胞浸润反应.,生物惰性材料,概述,又
2、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,但仍有一薄层的纤维组织,如锆氧化铝陶瓷,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的重点和中心内容.,生物活性材料,生物性能,生产实用性,机械性能,加工成型性,耐消毒灭菌性能,临床操作性能,概述,概述,(1)良好的生物学性能:组织相容性,指材料植入后与机体软、硬组织及体液接触时,具有良好的亲和关系。生物力学相容性,硬组织及体液接触时,材料的力学性能(弹性模量等参数)与骨组织相近,以避免种植体受力时在与骨组织的界面上形成过大应力集中。,概述,(2)
3、良好的机械性能:对于植入硬组织的材料,应具有与周围组织匹配的强度,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的力,并要求在临床所期望的使用时间内不发生材料的折断、变形、磨损。,概述,(3)良好的加工成形性能:种植技术是建立在近代机械加工的发展基础之上的。良好的加工性能才能满足形态设计的需要,临床上大量使用外形尺寸一致,表面加工精细的标准化种植体,有时也针对个体解剖形态特点用种植材料个别制作,以恢复缺损的硬组织。,概述,(4)良好的耐消毒灭菌性能:种植体在植入前必须严格地施行消毒灭菌,因此要求所用的种植材料不会因高压、高温、各种消毒液体和气体的浸泡熏蒸、紫外线和射线照射等处理而发
4、生变形,又不会滞存残量消毒物质,以保证种植手术的安全和成功。,概述,口腔种植材料的相关概念非负荷区种植与负荷区种植非负荷区种植-材料不承担功能运动所需的应力或只分担很少部分,如颌面的美容修复、牙周骨缺损修复、牙槽嵴的增高等,对材料的要求主要是生物学性能.负荷区种植-材料承担传递功能运动所需的外力,如人工种植牙根、大面积颌骨缺损修复、关节的修复与替代等.对材料的要求除生物学性能外,重要的是生物力学性能.,概述,骨性结合:20世纪60年代,Branemark首先提出osseointegration的概念,国内译成骨整合或骨性结合.是指在光学显微镜下,高分化的活的骨组织与种植体形成直接的接触关系.2
5、0世纪70年代,Hench提出生物活性的概念,是指一种特殊的能导致材料和组织在界面上形成化学键接的物质,是电子显微镜观察的结果.1992年,Williams将骨性结合明确定义为:通过物理化学过程,形成的种植体与骨组织基质的连续性,对口腔种植学发展起到主导作用,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,而逐渐形成骨性结合,也常称为爬行替代.骨诱导性-材料具有诱导基质干细胞向骨源细胞分化的能力,并形成骨组织,不仅在植入骨组织内可以诱导骨生长,而且在植入非骨区域也可形成骨组织.,金属类种植材料,作为种植材料,对金属要求:优良的耐腐蚀性无毒、副作用,
6、组织相容性好适宜的机械性能,耐磨、坚固合理的价格,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的微小夹板和螺钉,金属类种植材料,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明显为大,对钴过敏者可导致种植失败 目前较少使用,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,-目前主要用于负荷区修复,金属类种植材料,金属类种植材料,钝化-金属在体液中迅速氧化,在表面形成一层薄的
7、、致密的、难溶的有晶体结构的氧化物,这层钝化膜称为氧化膜。由于氧化膜的保护,金属继续氧化的速度减慢。氧化膜的形成是金属耐腐蚀性的来源。钛:形成氧化膜的速度相当快,在富氧的情况下被破坏的氧化层会立即得到修补。钛的高抗破坏能力表现在其钝化区不可能产生腐蚀。钛表面坚固的氧化层使得钛具备了非金属的特性。因为钛-组织界面中仅仅是氧化层与细胞和体液间形成的化学结构。因而,钛具备良好的生物相容性。,金属类种植材料,多孔镍钛合金种植体,金属类种植材料,金属类种植材料,镍钛形状记忆合金在不同的温度下表现为不同的金属结构相。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
8、恢复原来的形状,并在形状恢复过程中产生较大的恢复力。,金属类种植材料,镍钛形状记忆合金奇特的形状记忆功能质轻、强度较高、耐疲劳性能、高回弹性和生物相容性耐腐蚀、耐磨种植牙具有齿槽骨切口小,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,金属类种植材料,缺乏与骨组织的键合作用弹性模量较骨高,力学相容性不理想金属离子的释放也值得关注赋予金属材料生物功能性提高表面稳定性、耐磨性和力学相容性,解决这三个问题是研究重点,利用表面改性技术,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、化学反应的特性,这种反应导致材料和生物组织间形成化学键合。材料的弹性模量由小变
9、大时,界面骨支持组织的应力强度也随之由小变大,当材料弹性模量在10000-27000 Mpa时,界面骨支持组织的应力强度相对达到最小值。,金属类种植材料,钛材种植体的生物陶瓷涂层,方法,高温等离子喷涂,钛材种植体的生物陶瓷涂层,存在的问题:属于线型工艺,用于多孔或形状复杂的基底上难以获得均匀一致的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,导致HA结晶度低涂层结构不致密原料需用高纯度的HA粉末,较昂贵,钛材种植体的生物陶瓷涂层,涂覆-烧结法,钛材种植体的生物陶瓷涂层,问题:制备过程中的高温使得金属基体的性能下降和HA的分解烧结过程中金属基底和陶瓷涂层之间
10、的热物理性能差异导致了涂层内部产生热应力,从而降低涂层与基底的结合强度,造成涂层微裂纹和剥落,在基底材料表面预先涂覆一定配比的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、强度高涂层的均匀性和稳定性难控制有希望成为生产生物医用材料的途径,钛材种植体的生物陶瓷涂层,离子束溅射法采用离子束轰击生物材料靶材,使溅射出的粒子沉积在基板表面形成涂层用来制备较薄涂层,钛材种植体的生物陶瓷涂层,电沉积技术,钛材种植体的生物陶瓷涂层,电泳沉积技术,钛材种植体的生物陶瓷涂层,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
11、于增强结合强度非直线过程,可以在形状复杂和表面多孔的基底上制备出均匀涂层,钛材种植体的生物陶瓷涂层,溶胶-凝胶法将涂层配料制成凝胶,使之均匀覆盖于基底的表面溶剂迅速挥发,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,但纯的HA涂层结合强度不高,钛材种植体的生物陶瓷涂层仿生溶液生长法,HA涂层,仿生溶液生长法优点,低温操作,增强结合力.更高骨结合力,1,不需经热处理,可以和生物活性分子同时沉积,3,设备投资少,工艺简单,4,仿生溶液生长法不足,目前没有制备生物活性最佳方法,1,3,目前的涂层几乎是纯磷酸钙涂层,4,涂层厚度较薄(1015m),
12、-探索形成仿生学涂层的溶液以及制备复合仿生涂层是努力方向,利用模板法诱导晶体生长的方法模拟生物矿化研究已成为一个热门课题。虽然,模板法模拟生物矿化过程制备材料取得了很大的成功,但是这项研究还存在几点不足。首先,大多数的研究工作都是通过优化模板的结构和化学性质来调控晶体的结构、形貌和取向,但是对于用模板来控制特定晶型晶体生长的研究还很少。其次,实际应用的晶体材料大多需要厘米尺寸,但是由模板法调控生成的晶体,有很大一部分是毫米尺寸的,这就限制了晶体的实用性。另外,现今社会对有机材料的需求也日益增多,而由模板法调控生成的晶体大多数是无机晶体,钛材种植体的生物陶瓷涂层,涂层结构HA颗粒部分熔融,与金属
13、基体高速撞击,迅速冷却凝固大部分熔融的HA来不及结晶,以无定形形态凝固颗粒内层的熔融HA重新结晶,钛材种植体的生物陶瓷涂层,涂层结构,钛材种植体的生物陶瓷涂层,涂层组成,钛材种植体的生物陶瓷涂层,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-孔隙对涂层的降解和力学性能有重要影响,钛材种植体的生物陶瓷涂层,HA涂层生物学作用促进钛材种植体与骨的结合,特别是早期骨整合,提高早期植入体与骨界面的结合强度(钛材种植体与骨组织间隙大于50m时,生成纤维组织,导致失败,HA涂层种植体与骨组织间隙较大时,仍能激发骨生长,达到骨
14、性结合),钛材表面氧化物的活化,二氧化钛是致密的钝化层,引导磷酸盐沉积的能力极差,甚至不能诱导.与骨组织形成键合,钛材表面氧化物的活化,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,钛材涂层的问题,涂层材料与基体性质差异大涂层与基体的结合界面问题涂层材料的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,解决方法,研究梯度功能材料涂层技术和方法研究复合涂层研究新的复合的涂层材料设计新的涂层材料的力学相容性,陶瓷类种植材料,广义的生物陶瓷,生物陶瓷,狭义的生物陶瓷,生物陶瓷(Biocera
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