表面處理技術(shù)發(fā)展

表面處理技術(shù)發(fā)展第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五2第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五Osseointegrationis

thedirectstructuralandfunctionalconnectionbetweenlivingboneandthesurfaceofaload-bearingimplant,typicallymadeoftitanium,

Or

Dr.PIBranemarkadirectbone-to-implantcontactandlaterondefinedonamorefunctionalbasisasadirectbone-to-implantcontactunderload

第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五5第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五6

生醫(yī)材料定義用以代替人體部份之組織或功能，而與體液有所接觸或作用之材料，須具有良好的組織或生物相容性。

生醫(yī)材料分類

生物惰性(Bioinert)材料在生物組織內(nèi)保持穩(wěn)定，於短時間內(nèi)幾乎不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料

與生物組織間的結(jié)合主要利用物理性的表面粗糙化或多孔化，

使組織細胞貼附生長於其表面或孔洞內(nèi)部一般碳素材料、部分陶瓷氧化物等無機物及大多數(shù)醫(yī)用金屬和高分子材料皆屬此類

生物活性(Bioactive)材料能夠於材料與組織的接觸面誘導(dǎo)產(chǎn)生特殊生物或化學(xué)反應(yīng)，甚至能增進細胞活性或促進組織再生的材料大多數(shù)的生物活性材料皆為自然界或動植物的萃取物具有抗菌性及凝血性的幾丁質(zhì)、幾丁聚醣，具有骨傳導(dǎo)性的氫氧磷灰石，動物皮萃煉取得的膠原蛋白皆屬此類。第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五7鈦適合作為生醫(yī)材料之特點低密度(4.5g/cm2)、低強度抗蝕性骨整合性(Osseointegration)鈦的化學(xué)成分與機械性質(zhì)第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五ThesurfaceTiO2layerisextremelyinerttocorrosion.TheTi-peroxycompoundthatformsonthislayerdeactivatesinflammatorycells,andenhancingthebiocompatibilityofpuretitaniumandtheestablishmentofosseointegration.第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五9第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五表面處理是指用機械或化學(xué)方法改變物件表面的物化性質(zhì)以達到功能性需求，如耐蝕性、抗磨耗性等等。

10第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五11第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五12FromOssteme-book第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五Machinedsurface-smoothsurfacepromotescellproliferationandfibrousencapsulationRoughenedsurface-increasessurfacearea-improvesmicro-mechanicalinterlock-enhancescelladhesion,osteoblastdifferentiation,anddepositionofcalcifiedsubstance-increaseininflammatorycytokinessecretion第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五14Macro-sizedtopology:10μm

~

mm

Directlyrelatedtoimplantgeometry

-Threadedscrew,macroporoussurfacetreatment

Riskofincreaseinperi-implantitis&ionicleakage

-

Moderateroughness:1~2μmMicro-sizedtopology:1~10μmMaximizingbone-implantinterlocking

-Greaterbone-to-implantcontact

(BIC)-Higherresistanceoftorqueremoval

Idealsurface:hemisphericalpits1.5μmindepth&4μmindiameterNano-sizedtopology:nm

Adsorptionofproteins&adhesionofosteoblasts

ReproduciblesurfaceroughnessofnmrangeisdifficulttoproducewithchemicaltreatmentsLeGu’ehennec

etal.,Surfacetreatmentsoftitaniumdentalimplantsforrapidosseointegration,dentalmaterials,2007

第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五15LeGu’ehennec

etal.,Surfacetreatmentsoftitaniumdentalimplantsforrapidosseointegration,dentalmaterials,2007

第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五16第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五17第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五18在GrI純鈦表面進行陽極氧化反應(yīng)，生成一粗糙且多孔性的氧化鈦層，其在植體頂端的厚度約為7~10μm，而圓錐的上部份及第一個螺紋部份的厚度約為1~2μm。在電子顯微鏡的觀察下，TiUnite?的表面形態(tài)為平滑且有微米尺寸圓形孔洞，許多的開孔平均分佈在植體表面上，而較大的孔洞則突出於表面，大小為2~5μm。TiUnite植體周圍的軟組織結(jié)構(gòu)與自然牙齒周圍的軟組織結(jié)構(gòu)相似；即植體表面附著了上皮組織，並牢固附著到底層的結(jié)締組織TiUnite具有骨和軟組織刺激功能，它可以"從底至頂，完全結(jié)合"到植體頸圈，這實現(xiàn)了多種不同的植體植入方式。第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五19第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五20以大顆粒的氧化鋁砂材進行噴砂處理，產(chǎn)生微米級粗糙度。再以高溫混合酸對噴砂後的微米級粗糙表面進行蝕刻，產(chǎn)生次微米級孔洞。藉由同時提供微米級與次微米級粗糙表面，提供骨細胞貼附與生長，在骨整合階段增加與骨接觸面積。第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五21在既有的SLA基礎(chǔ)上，加上親水性官能基處理，藉以增加蛋白質(zhì)之吸附，達到促進骨生成之效果。臨床研究顯示，SLAcitve將骨癒合時間由SLA植體的6-8週減短至3-4週。突破植體植入一個月時，新成骨未生成而植體周圍既有骨已壞死之空窗期。第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五221st

酸蝕:以HF

除去植體表面自然氧化層2nd

酸蝕:以混合酸形成均勻的粗糙表面粗糙表面由均勻不規(guī)則的圓錐組成1to3μmpeak-to-peak5to10μmpeak-to-valley專利OSSEOTITE表面處理，經(jīng)證實是最佳讓骨細胞及血纖維貼附的表面HybridDesign混合式設(shè)計，讓軟組織可以貼附在光滑表面上，降低植體牙周問題OSSEOTITE比一般平滑機械面高出４至５倍的植體取出扭力20,000

X第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五23以DCD(DiscreteCrystalline

Deposition)技術(shù)把奈米顆粒的磷酸鈣結(jié)晶體加之於Osseotite表面上。這些奈米級磷酸鈣結(jié)晶體懸浮在溶液裡，會迅速地”Self-Assemble”沉積在雙重酸蝕表面的鈦氧化層上，形成20~100nm大小的分離式磷酸鈣結(jié)晶體。由於這不是一層”coating”，故不會像一般HAcoated植體會有剝落的現(xiàn)象。奈米級磷酸鈣結(jié)晶體分佈於鈦金屬的表層會使其結(jié)構(gòu)非常趨近於真實的人體骨切面，使造骨細胞在無法分辨真?zhèn)沃?，將NanoTite當作是自體骨組織而主動附著上去。所以不論是就骨整合的速度抑或是強度，NanoTite均較Osseotite來得更快、更牢固。第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五24具生物相容性的二氧化鈦細顆粒撞擊技術(shù)而形成表面粗糙是由許多小的不同形狀之窪坑(pits)所組成窪坑大小介於2~10μm，符合基於生物原則之微結(jié)構(gòu)植體表面7,500

X100

X第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五25在TiOblast的基礎(chǔ)上，以氟化物進行化學(xué)處理形成微粗糙結(jié)構(gòu)並結(jié)合氟化物促進生物活性之優(yōu)勢，達到增加骨與植體的接觸面積，加速早期骨癒合之效果。第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五26以氫氧基磷灰石(HA)噴砂，再以非蝕刻性的酸與去離子水除去殘留的噴砂材料第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五27以與天然骨成分相近的陶瓷材料進行噴砂，增加植體表面積噴砂物質(zhì)為生物相容性介質(zhì)，即使殘留於植體表面，仍會被身體環(huán)境吸收進入循環(huán)，於人體無害氧化層厚度為0.1μmRa=1.2~1.8μm第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五28利用電化學(xué)方式，在鈦植體表面形成厚度0.3~10μm的多孔性氧化層，以增加金屬的抗蝕性與耐磨耗性第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五29NobelStraumann3iAstraZimmer技術(shù)名稱TiUniteSLActiveNanotiteOsseoSpeedMTX技術(shù)說明以陽極氧化反應(yīng)在純鈦植體表面形成多孔性氧化層，厚度由頂部的1~2um漸增至根部的7~10um在原有的SLA基礎(chǔ)上，加上親水性官能基的處理使用奈米技術(shù)將磷酸鈣細微化，並鍍膜沉積在雙重酸蝕處理過的表面上氧化鈦微粒噴砂氟化物生物活性改質(zhì)以HA噴砂，再以非蝕刻性的酸與去離子水除去殘留的噴砂材料專利70485417087085716931771924456102703第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五30Materialtreatment1treatment2treatment3treatment4characteristic

Nobel

(瑞典)CP1Ti

Machined

HAcoatingTiUniteCoronal：氧化膜厚度1~2μmApical：氧化膜厚度7~10μmStraumann

(瑞士)CP4Ti

TPS

SLASLActive3i(美)CP3Ti,Ti6Al4V

RBM

Osseotite

NanoTite上2個螺紋處使用machinedsurfaceAstra

(瑞典)CP4Ti

TiOblastOsseoSpeedBioactivesurfaceXive(德)(DentsplyFriadent)CP2Ti

TPS

DPSLifecore

(美)CP3Ti,Ti6Al4V

Machined

TPS

HAcoatingRBMZimmer

(美)Ti6Al4V

MP-1HAcoatingMTX

(

Microtextured-Ti

)

(HA

blasting)Osstem(韓)CP4Ti

RBM

CellNestBioactivesurface第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五31第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五32Ra=1~2μm植體表面輪廓維持殘砂量降至酸蝕後EDS偵測不出Al元素第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五33第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五噴砂酸蝕SLA雙重酸蝕DualEtch機加工表面Machined2μm1μm1μm骨細胞貼附觀察(24HR)10μm10μm10μm100μm100μm100μmMachinedSLADualEtch骨細胞增生比較骨細胞在人工植入物表面之附著、貼附和伸展是細胞與材料作用的第一期，對於細胞後期的增生、分化及礦化進而形成良好的骨整合界面是非常重要的，因此，驗證生醫(yī)材料的細胞親和性良窳是生物功能性檢測的首要之務(wù)，可大幅減低後續(xù)動物實驗及臨床試驗之成本與人力負擔