表面不同粗化處理對(duì)純鈦種植體疲勞強(qiáng)度的影響.pdf

1、目的：人工種植體被廣泛應(yīng)用于修復(fù)缺失牙，很好地恢復(fù)了缺失牙患者的美觀及咀嚼功能，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用。鈦金屬因具有良好的生物學(xué)性能和耐腐蝕性，是目前理想的人工種植體材料。種植體的表面形貌對(duì)種植體的骨結(jié)合率影響巨大。研究表明，種植體的表面粗化處理可以增大種植體與骨的接觸面積，增加兩者的機(jī)械嵌和能力，使應(yīng)力分布更為均勻，進(jìn)而有效縮短種植體與骨結(jié)合的時(shí)間，有效提高種植體的成活率。種植體表面粗化處理技術(shù)包括噴砂酸蝕法、微弧氧化法、陽(yáng)極氧化法、堿熱處

2、理法、激光處理法等，其中又以噴砂-酸蝕法較為成熟且應(yīng)用廣泛，可使種植體獲得理想的表面形貌?？谇环N植體在工程學(xué)的角度看來(lái)是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的工程部件，其正常使用需滿(mǎn)足足夠的強(qiáng)度、剛度及疲勞性能。通常情況下，種植體能否承受口腔內(nèi)的咀嚼應(yīng)力是由其強(qiáng)度和剛度決定的，而種植體的使用期限長(zhǎng)短則由其疲勞性能決定。因此，成功的種植體必須具備優(yōu)良的疲勞性能。本文參照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)ISO14801:2007對(duì)比研究了未經(jīng)表面粗化處理的種植體和經(jīng)噴砂-60℃酸蝕表

3、面處理后的種植體的表面形貌、表面相對(duì)元素含量及其疲勞強(qiáng)度，以此來(lái)分析噴砂-60℃酸蝕的表面處理方法對(duì)純鈦種植體疲勞強(qiáng)度的影響，并期望為更優(yōu)生物性能和機(jī)械性能的種植體設(shè)計(jì)提供支持依據(jù)。
　　方法：
　　1.試件設(shè)計(jì)與制作
　　1.1.試件設(shè)計(jì)：組合式純鈦基臺(tái)種植體26枚，包括純鈦內(nèi)連接式植入體，配套中央螺栓、基臺(tái)及金屬剛帽
　　1.2.試件制作：植入體直徑4.0mm，總長(zhǎng)度為14.5mm；螺紋區(qū)：長(zhǎng)度11mm，頂角

4、60°，高度0.40mm，螺距0.8mm；基臺(tái)長(zhǎng)度5mm；六方內(nèi)徑1.5mm；金屬剛帽：外徑6.5mm，內(nèi)徑4.6mm，高度6.5mm。
　　將全部試件超聲清洗20分鐘后，常溫下干燥待用，清洗試劑分別為丙酮、75％乙醇及蒸餾水；
　　2.實(shí)驗(yàn)分組及種植體表面粗化處理
　　實(shí)驗(yàn)分組：A組、B組，每組13枚試件
　　A組（對(duì)照組）：表面不做任何處理，粗糙度Ra：1.6μm；具體分為：A靜態(tài)：即靜態(tài)破壞載荷
　　

5、A1：即初載荷A350N，共3枚；
　　A2：為低于A1的峰值載荷 A325N，共3枚；
　　A3：為低于A1的峰值載荷 A300N，共3枚；
　　A4：即最大耐受載荷A275N，共3枚；
　　B組（噴TiO2砂-60℃酸蝕組）：噴砂機(jī)在噴砂氣壓0.2MPa下將粒徑為80目的TiO2砂粒均勻噴涂7s到種植體螺紋區(qū)表面；60℃水浴下將配置好的濃度為18%的HCl與49%的H2SO4混合酸酸蝕40min；
　　

6、具體分為：B靜態(tài)：即靜態(tài)破壞載荷1枚；
　　B1：即初載荷B450N，共3枚；
　　B2：為低于B1的峰值載荷 B425N，共3枚；
　　B3：為低于B1的峰值載荷 B400N，共3枚；
　　B4：即最大耐受載荷
　　3.掃描電鏡(SEM)觀察及表面相對(duì)元素含量分析
　　掃描電鏡(SEM)觀察A、B兩組純鈦種植體的表面形貌，并用X射線(xiàn)能譜分析儀(EDX)分析其表面相對(duì)元素含量。
　　4種植體疲勞

7、強(qiáng)度試驗(yàn)
　　兩組試件用樹(shù)脂夾具固定，夾具頂端距種植體螺紋頂端3mm，保持試件與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的垂直加載長(zhǎng)軸呈30°，加載中心為種植體上的金屬帽，其位于種植體中心長(zhǎng)軸上；在25℃的室內(nèi)恒溫下對(duì)種植體進(jìn)行側(cè)向加載，載荷為單向，呈正弦曲線(xiàn)變化，速率為1mm/min，頻率為15Hz，循環(huán)次數(shù)為5×106；
　　初載荷（A1B1）為相同試驗(yàn)條件下測(cè)得的靜態(tài)破壞載荷（A靜態(tài)B靜態(tài)）的80％，隨后逐漸減小載荷，并記錄不同載荷下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，直

8、至載荷達(dá)到下限值（最大耐受載荷），共進(jìn)行4種載荷的試驗(yàn)，每種載荷下測(cè)試3個(gè)試件，其中最大耐受載荷下，連續(xù)3個(gè)試件完成5×106次循環(huán)未發(fā)生變形或破壞。每次試驗(yàn)完成后，均應(yīng)肉眼觀察金屬帽與加載裝置表面，確認(rèn)其是否發(fā)生永久變形，如有變形，則需更換變形部位并重新試驗(yàn)。
　　記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并畫(huà)出載荷循環(huán)圖。
　　結(jié)果：
　　1.掃描電鏡觀察種植體表面形貌
　　1.1.低倍鏡下（×35）
　　A組：表面光滑較平整；<

9、br>　　B組：表面較粗糙，螺紋的溝部及斜面均勻無(wú)雜質(zhì)，螺紋嵴部可見(jiàn)點(diǎn)狀或條索狀的凹陷或淺溝。
　　1.2.高倍鏡下（×2000、×5000、×8000）
　　A組：表面可見(jiàn)方向一致的淺溝紋狀結(jié)構(gòu)，偶見(jiàn)點(diǎn)狀凹陷；
　　B組：表面可見(jiàn)大量大小不一的窩洞，直徑范圍3~32μm，一級(jí)窩洞內(nèi)還可以見(jiàn)到不規(guī)則形狀的二級(jí)窩洞，直徑2~6μm，邊緣較圓鈍，層次較清晰。
　　2.表面能譜元素分析
　　A、B兩組種植體表面T

10、i元素的含量均大于99.50％。
　　3.兩組純鈦種植體疲勞試驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)附表12，13，及附圖17，18）
　　A組：最大耐受載荷A4，即疲勞強(qiáng)度，為275N，此載荷下3枚試件均完成5×106次循環(huán)負(fù)載未發(fā)生變形或破壞；靜態(tài)破壞載荷為439N；初載荷A1：為靜態(tài)破壞載荷的80%，350N；A2：325N；A3：300N；
　　B組：最大耐受載荷B4，即疲勞強(qiáng)度，為375N，此載荷下3枚試件均完成5×106次循環(huán)負(fù)載未發(fā)

11、生變形或破壞；靜態(tài)破壞載荷為573N；初載荷B1：為靜態(tài)破壞載荷的80%，450N；B2：425N；B3：400N；
　　結(jié)論：
　　1.經(jīng)噴TiO2砂-60℃酸洗處理的純鈦種植體與表面未經(jīng)粗化處理的種植體的疲勞強(qiáng)度均在口腔咬合力的范圍內(nèi)，均滿(mǎn)足臨床應(yīng)用要求。
　　2.經(jīng)噴TiO2砂-60℃酸洗處理的純鈦種植體的疲勞強(qiáng)度優(yōu)于未經(jīng)粗化處理的純鈦種植體。
　　3.科學(xué)的表面噴TiO2砂-酸洗處理的設(shè)計(jì)不僅使純鈦種植體