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1、第十五章 口腔植入材料,第一节 概述 口腔植入材料（materials in dental implantology）是指部分或全部埋植于口腔颌面部软组织、骨组织的生物材料，用于修复口腔颌面部组织器官缺损并重建其生理功能，或为口腔颌面部组织器官缺失、缺损修复重建提供固位体，也可作为口腔颌面部疾患治疗的装置。,1,一、性能要求 1、生物学性能 包括生物安全性、相容性、功能性三方面。植入骨组织的材料最好能够与骨组织形成骨性结合。 2、适宜的力学性能 材料与植入部位组织的力学性能相匹配，弹性模量要相同或相近。,2,3、良好的化学稳定性 在机体正常代谢环境中不发生腐蚀、变质、变性和老化，化学性能稳定。
2、4、可消毒灭菌 材料不发生变形，不对材料的性能产生影响。5、良好的加工成型性和临床操作性。 6、生产实用。,3,二、种类（一）按材料化学组成分类 1、金属及合金植入材料 2、陶瓷植入材料 生物惰性陶瓷生物活性陶瓷生物可吸收陶瓷。 3、有机高分子植入材料 分为生物不可降解材料和生物可降解与吸收材料两类。 4、复合植入材料 金属与陶瓷，陶瓷与有机高分子的复合。,4,（二）按临床用途分类 1、经皮/穿龈植入材料 2、骨修复材料 3、软骨修复材料 4、软组织修复材料 5、治疗用植入材料,5,三、材料与组织界面 材料植入机体后，形成材料与组织的结合界面。可分为机械嵌合、物理结合和化学键结合。从生物组织形
3、态学观察，材料植入后，与组织的界面相继发生急、慢性炎症反应，直至材料与组织完全相容，理想的植入材料应当与组织间形成无界面的结合。,6,（一）材料化学组成与界面 植入材料的化学组成是影响界面结合最重要的因素。具有与组织相似化学成分的材料更容易与组织形成良好结合。 （二）材料表面性状与界面 1、植入材料的表面能 材料植入组织后首先与体液相互作用，从表面开始发生浸润、溶解、离子交换等反应，而后逐渐向材料内部扩散。这些反应与反应速度、作用深度和材料的化学成分、表面结构以及反应产物的性质有关。体液对材料的润湿性，很大程度地影响植入材料与机体组织的结合。,7,2、植入材料的孔隙 孔隙具有以下几方面的作用：
4、 （1）为组织细胞向植入材料中生长提供通道和生长场所。 （2）增大组织液与植入材料之间的接触表面积，加速反应过程。 （3）孔隙有利于局部体液循环，为长入材料内部的新生组织提供营养。 （4）组织长入孔隙后与材料形成机械性锁结作用，显著提高两者的结合强度。,8,3、植入材料的形态 颗粒状、粉末状、块状材料。外形圆钝的材料与锐利的材料，有孔材料与无孔材料。（三）材料力学性质与界面 植入材料本身的力学性质和在应力作用下的力传导性质，必须与植入区组织的力学性能和力的传导性质相匹配，获得良好的力学相容性，提高植入材料的成功率。陶瓷和金属材料与天然牙和骨组织相比，弹性模量高，刚性大。,9,不同形态的人工骨,
5、10,第二节 人工牙根材料,一、概述 1、概念 人工牙根是指牙种植体（dental implant）埋入骨组织的部分，其作用是将种植体上部修复体承受的咬合力直接传导和分散到颌骨组织中。 2、种类及性能特点 主要是钛及钛合金，钛及钛合金的弹性模量更接近骨组织，有利于外力的传递。,11,二、钛及钛合金的表面改性 为了进一步改善钛及钛合金人工牙根的生物活性、骨传导性、抗腐蚀性和抗摩擦磨损性等性能，目前钛及钛合金人工牙根的表面通常都经过表面处理。（一）机械改性方法 主要有切削、磨削、抛光、喷砂、激光蚀刻等，以及其他物理处理、表面清洁方法。,12,（二）化学改性方法1、酸处理 去除金属钛表面的氧化层和污
6、染物，10%30%硝酸和1%3%氢氟酸的混合酸。2、碱热处理 提高金属钛的生物活性，使种植体生成仿生磷灰石，与骨组织形成结合。3、过氧化氢处理 改善金属钛的表面生物活性，是一个化学溶解和氧化的过程。,13,4、溶胶-凝胶涂层 在钛种植体表面形成陶瓷涂层，提高种植体的生物活性。5、阳极氧化 使金属钛获得特定的表面形貌，提高抗腐蚀性、生物活性和骨传导性。优势在于：表面氧化层与钛基体结合强度高、结构致密均匀；通过调整工艺参数，可在较大范围内改变氧化层的结构和化学成分；反应在常温下进行，操作方便，易于掌握。6、化学气相沉积 提高金属钛的抗摩擦磨损性、抗腐蚀性和生物相容性。,14,（三）物理改性方法 1
7、、等离子体喷涂 该方法可以在种植体表面形成一层陶瓷涂层，提高金属钛表面的抗摩擦磨损性和生物活性。 2、物理气相沉积 在真空条件下，利用物理方法（蒸发或溅射）将涂层材料汽化，直接沉积到钛基体表面，形成涂层。 3、等离子体浸没离子注入和沉积 4、激光熔覆 采用高密度激光束将具有不同性能、成分的合金与基材表面快速熔化，在基材表面形成与基材不同的快速凝固过程。,15,（四）生物化学表面改性技术 生物化学表面改性技术的目的是通过将特定的蛋白、酶或者肽附着于钛种植体表面，诱导特定细胞的分化和组织改建，控制骨整合的发生发展，提高金属钛表面的生物活性。 1、吸附生物大分子 2、化学键合 3、层层自组装,16,
8、三、种植体的组织反应及骨结合机制 （一）牙种植体周围的组织反应 第一阶段：种植体植入后表面首先被血块包绕，由于骨髓内生物高分子的吸附，很快形成暂时性的适应层，骨髓内细胞则在其外侧散开。,17,第二阶段：术后月1个月，钻骨切削引起的骨损伤以及植入时对骨施加的过大压力，使骨组织的某些地方出现了吸收现象。骨形成也在同步进行，主要以创伤修复为主。如果在种植体表面存在生物活性材料，形成化学性钙化层，是种植体与骨组织界面生物学结合的基础。,18,第三阶段：植入后3个月，种植体周围开始形成胶原纤维，继而形成网状纤维结构逐步完成骨性结合。组织学表现为：成骨细胞的突起包绕附着于种植体表面，骨细胞成熟，界面无结缔
9、组织。,19,（二）骨性结合的机制 通过种植体表面与周围组织在细胞与分子水平上的相互作用而完成。当牙种植体植入骨内后，即刻会吸收周围血液和组织液中的一些生物大分子，形成生物大分子层，继而诱发一系列的细胞学变化，种植体表面的细胞层增殖、分化、合成并分泌细胞外基质等不同的生物学反应，最终矿化成骨。,20,（三）影响骨性结合的因素 1、种植材料表面理化性质 能影响生物大分子层的结构、组成和空间构象，进而导致不同的细胞学表现。 2、种植体界面化学特性 主要取决于金属氧化层的性质。种植体表面的吸附和解吸附现象，受氧化层下面金属特性的影响，金属氧化层决定了在种植体表面细胞与蛋白质结合的类型。,21,3、种
10、植材料的腐蚀或磨损 腐蚀产物或材料碎片可能会引起局部或全身的生物学反应，改变界面的金属离子的释放特性，影响种植体骨结合的稳定性，对界面区组织产生不良作用。 4、种植体表面构形 可以改善界面的附着性，最大程度上转移负荷，减少种植体与组织之间的相对运动，减少纤维组织在界面的生长，延长种植体的使用寿命。,22,第三节 骨缺损人工修复材料,一、概述 因肿瘤切除、外伤、炎症或先天畸形等原因所引起的颌面部骨缺损、缺失十分常见。常伴有颜面部的畸形，还可能影响进食、咀嚼、吞咽、语言等功能，修复重建十分重要。,23,颌面部骨缺损修复材料 自体骨：主要供区骨为腓骨、肋骨、髂骨，颏部皮质骨 生物衍生骨：来源于同种异
11、体、异种以及海洋动物骨组织 人工修复材料：人工合成材料，如陶瓷、高分子材料,24,（一）概念 骨缺损人工修复材料又称为人工骨替代材料（bone substitute），是指替代和修复骨组织缺损缺失解剖外形，并重建已丧失的生理功能而采用的人工合成材料。（二）性能要求 要满足口腔植入材料的基本性能要求，具备特有的生物学性能。,25,1、骨引导（osteoconduction）材料能为血管的长入和新骨的形成提供一个爬行支架。 2、骨诱导（osteoinduction）材料使宿主间充质干细胞分化为成骨细胞，进而形成骨组织的性能。 3、骨生成（osteogenesis）材料植入合适的环境能直接形成新骨。
12、 4、骨改建（bone remodeling）材料在不同的功能区域，随应力变化，参与机体代谢，被吸收或生成新骨，形态发生功能适应性改变。,26,（三）种类 1、陶瓷骨修复材料 陶瓷材料是骨缺损修复中最常用的材料，有致密实体型、多孔泡沫状、颗粒型、可塑形凝固的骨水泥等多种形态。因化学组成差异，陶瓷材料的性质和在机体内与骨组织反应类型不同分为：,27,（1）生物惰性陶瓷（bio-inert ceramics）：化学性质稳定，植入机体内不与骨组织产生反应，材料与骨组织间形成纤维接触界面。氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷，目前不用作骨缺损修复。 （2）生物活性陶瓷（bio-active ceramics）：植入
13、机体组织后，与骨组织发生反应，形成骨性结合界面。羟基磷灰石陶瓷、生物玻璃、玻璃陶瓷等。在临床骨缺损修复中应用较多。,28,（3）生物可吸收性陶瓷（bio-degradable ceramics）：材料可被降解、吸收，伴随着该过程发生有新骨形成，材料与骨组织间形成骨结合界面。磷酸三钙陶瓷、低结晶度有羟基磷灰石陶瓷等。将是今后的发展方向。 2、金属骨修复材料 商业纯钛及钛合金。 3、有机高分子骨修复材料 分为生物降解和非生物降解两类。与其他材料复合使用。,29,4、复合型骨修复材料 兼顾良好的生物学性能和适宜的力学性能。 （1）陶瓷与有机高分子复合骨修复材料：陶瓷是HA，有机高分子包括聚乳酸、胶原
14、、聚酰胺。 （2）含生物活性因子的骨修复材料：转基因技术，如人骨形态发生蛋白与载体材料，如胶原凝胶复合，应用时注入或植入骨缺损区。 （3）组织工程化骨修复材料：利用生物学和工程学原理，将具有骨生成能力的细胞与支架材料在体外或自身体内构建形成的骨缺损修复替代物。是今后骨缺损修复材料发展方向。,30,二、常用陶瓷类骨缺损修复材料 骨缺损修复材料应具备优良的生物学性能和适宜的力学性能。陶瓷类骨修复材料受化学组成、物理特性包括陶瓷宏观孔隙大小、分布、贯通性以及陶瓷显微结构、孔隙率等的影响，与烧结温度、起始晶粒大小和形状、晶相组成和分布、气孔等有关。,31,（一）羟基磷灰石 羟基磷灰石（hydroxya
15、patite，HA），分子式Ca10(PO4)6(OH)2，组成及结构与人骨组织中的磷灰石极为相似。 临床使用的羟基磷灰石陶瓷有三种来源：动物骨烧制而成、天然珊瑚热化学液处理转化而成和人工化学合成法制备。,32,1、性能 具有非常好的生物相容性，骨组织与羟基磷灰石陶瓷之间形成骨性结合，是非生物降解材料，在植入体内34年仍保持原有形态。 2、应用 临床使用的羟基磷灰石陶瓷有致密块状、多孔块状和颗粒状。多孔块状常用于颌骨较大缺损的充填材料，颗粒状常用于颌骨小缺损的充填修复。,33,（二）生物玻璃 生物玻璃（bio-glass）与骨组织形成化学性结合，比普通玻璃含有更多的钙和磷。 1、制备 生物玻璃
16、的制备采用熔融方法获得。 2、性能 生物玻璃既有骨引导性又有骨形成性。生物玻璃主要是粉料，用于颌骨小缺损的充填修复。,34,（三）生物活性玻璃陶瓷 1、组成 指含CaO及P2O5体系的微晶玻璃，晶相为磷灰石微晶和CaSiO3微晶，与人体牙和骨的无机质成分相似。 2、性能 与骨组织接触后，有不同程度的溶解，与骨组织间存在离子交换，材料表面形成一碱性的硅凝胶层，有利于与骨形成化学键结合，促进骨修复。 3、应用 多孔块状修复颅颌部骨质缺损和矫正畸形外科整容术。颗粒型用于牙槽嵴萎缩的防治，牙窝填塞，骨缺损修补以及护髓、盖髓等。,35,（四）磷酸三钙 其物理、化学性能以及生物相容性都和羟基磷灰石很相近。
17、有两种晶型结构，低温型（-TCP）和高温型（-TCP）。 在体内可以生物降解，材料本身不具有诱导成骨能力。降解产生的钙及磷酸根离子可参与局部体液循环，并被周围骨组织利用，刺激和促进新骨生长。 -TCP粉末具有遇水逐步硬化并逐步转变成羟基磷灰石的特性。 -TCP的应用范围与羟基磷灰石相似。,36,三、临床应用 （一）节段性骨缺损 缺损较大，需恢复骨的连续性并尽可能重建牙咬合功能，修复材料的力学性能至关重要，自体骨、钛重建板、块状PMMA、致密纳米HA/聚酰胺复合块状材料。 （二）腔穴性骨缺损 常见囊肿刮除术后，骨的连续性未破坏，骨植入材料的骨生成性能及临床操作性较为重要。多孔块状或颗粒型陶瓷人工
18、骨、泡沫型聚四氟乙烯，胶原与磷酸钙复合材料。,37,（三）裂隙性骨缺损 多发生在炎症所引起牙周骨缺损及牙种植术中人工牙根周骨缺损，材料的可塑操作性及成骨性能较重要。骨水泥、颗粒型陶瓷人工骨、rhBMP-2等，联合引导骨组织再生膜。（四）外形轮廓骨缺损 多因先天发育畸形或外伤所致，为重建并维持良好外形及微创外科要求，骨植入材料应具备适宜力学性能，术中容易塑形和固定等临床操作性。硅橡胶、多孔块状HA。,38,第四节 高分子植入材料,一、生物可降解与吸收高分子材料 生物可降解与吸收（bio-degradable and bio-absorbable）高分子材料是一类生物相容性好，在生物体内经水解、酶
19、解等过程，逐渐降解成低分子量化合物或单体，被机体吸收，最终通过新陈代谢等自然途径而消失的聚合物。天然高分子主要有甲壳素、胶原蛋白、海藻酸盐纤维素、天然丝等，人工合成高分子主要有聚乳酸、聚乙醇酸等。,39,（一）甲壳素 又名几丁质（chitin），是天然线性氨基多糖高分子，其分子结构与纤维素很相似，是许多甲壳类动物外壳的重要成分。 降解产物能被人体完全吸收，就有良好的组织相容性。甲壳素具有广谱的抗菌作用，可降低机体感染的机会。有选择性抑制人成纤维细胞生长，促进表皮细胞生长的生物活性，可以用来制造人造皮肤及伤口愈合促进剂，可作为可降解吸收骨折内固定材料用于骨折内固定。,40,（二）聚乳酸类材料 1
20、、性能 植入人体后，降解过程主要是水解、氧化反应，最终形成CO2和H2O而排出体外。聚乳酸在人体温度下为玻璃态，脆性较大，力学性能仍不能满足临床使用要求。 2、应用 在口腔医学中主要作为可吸收骨折内固定材料使用，克服了传统金属固定材料的一些缺点。聚乳酸类薄膜可作为可降解性引导骨组织再生屏障膜应用于牙周引导组织再生术。 聚乳酸类的纤维材料还可作为生物支架为组织细胞培养及块状功能组织的形成提供三维组织支架。,41,二、生物不可降解高分子材料 生物不可降解（non-degradable）高分子材料是一类化学性能十分稳定，在体内耐腐蚀而不降解，显示出良好生物相容性的高分子材料。有聚四氟乙烯塑料和硅橡胶。,42,
