基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根

技术领域

本发明专利涉及人工种植牙根的技术领域，具体而言，涉及基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根。

背景技术

随着增材制造技术的不断发展，越来越多先进技术与材料被运用到医疗器械上，其中，就包含了具有形状记忆特性的合金材料。

多孔微结构在自然界中无处不在，常常存在于无机物以及生物体中，以生物体为例，自然界许多生物组织，如木材和骨骼等，由于具有复合形状的多孔微结构，构成了他们的组织层次，使其具有功能性，并具备特殊的机械性能去适应他们的使用环境。

形状记忆合金(SMAs)是一种具有形状记忆功能的新型智能材料,其在奥氏体相下表现出超弹性效应,并具有良好的阻尼性能和耐腐蚀特性。其中，形状记忆效应是指发生马氏体相变的合金形变并留下较大的塑性变形后(低温状态的镍钛合金较易变形),被加热到最终温度以上,使低温的马氏体转变为高温的奥氏体进而回复到形变前形状的现象。

当前，口腔种植学迅速发展并成熟，种植牙作为一种与天然牙功能、结构以及美观效果十分相似的修复方式，已经成为口腔医学界和缺牙患者的首选。但是，由于基体金属与人体骨的材料性质上有显著不同，骨内植入体(例如人工种植牙根)周围骨的应力与健康状态下相比有很大的差异，存在明显的应力屏蔽(Stress Shielding)区域，长期使用将发生骨质吸收和骨质疏松，导致植入体出现无菌松动，脱落而失效等问题。

因此，在口腔种植牙领域中，亟需一种结构简单、可靠安全、可以消除应力屏蔽效应的人工种植牙根，以期实现其生物力学特征更接近于自然状态的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根，旨在解决现有技术中，人工种植牙根不能消除应力屏蔽效应的问题。

本发明是这样实现的，基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根，包括呈柱状体且由含钛金属制成的牙根芯体，所述牙根芯体外包裹有由含钛金属制成的牙根壳体，所述牙根外壳的外周设有外螺纹；所述牙根芯体包括基座以及对接在所述基座底部且具有形状记忆的多孔微结构，所述基座中设有顶部开口的螺纹孔；所述基座的外周套设有弹性垫环，所述弹性垫环嵌入在所述牙根壳体的内侧壁，且自上而下抵接在外壳的内侧壁。

进一步的，所述牙根壳体的内部具有容置牙根芯体的腔体，所述腔体的底部固定有弹性垫座，所述牙根芯体的底部抵接在所述弹性垫座上。

进一步的，所述牙根壳体的内侧壁设有凹陷布置的容置环，所述容置环沿牙根壳体的周向环绕布置；所述基座的外周环绕有凸环，所述弹性垫环及凸环嵌入在所述容置环中；所述弹性垫环的顶部抵接在所述凸环的底部，所述弹性垫环的底部自上而下抵接在所述容置环上，所述凸环的顶部抵接在所述容置环上。

进一步的，所述牙根壳体的底部外周设置有倒角。

进一步的，所述牙根壳体的顶部的外周设置有倒圆。

进一步的，所述牙根壳体的顶部设有凹陷的安装槽，所述安装槽贯通所述牙根壳体的内部。

进一步的，所述牙根壳体的下部设置有缺口，所述缺口沿着牙根壳体的轴向延伸布置，且贯通牙根壳体的底部。

进一步的，所述牙根壳体的下部设有多个所述缺口，多个所述缺口环绕所述牙根壳体的周向间隔布置。

进一步的，所述多孔微结构的外部覆盖有由医用高分子材料制成的弹性层。

进一步的，所述多孔微结构由多个具备大泊松比的三维细胞组成。

与现有技术相比，本发明提供的基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根，在植入人工种植牙之后，患者在进行吃饭等活动过程中，上下颌与食物等物品产生了一个的纵向咬合力，该咬合力由牙冠作用到安装基台，再由安装基台作用到牙根芯体上，牙根芯体受到纵向作用力后，会产生一个微小的纵向位移，使具有一定弹性的弹性垫环受到挤压，使多孔微结构产生一定大小的压缩形变，多孔微结构的变形膨胀，施加给牙根壳体的侧面作用力，进而对牙槽骨进行一定大小的应力刺激，使牙槽骨与人工种植牙根之间具有良好的生物材料相容性，避免了应力屏蔽效应引起的骨质疏松现象，可以大大降低种植体松动、脱落而失效的可能性。

附图说明

图1是本发明提供的基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根的立体示意图；

图2是本发明提供的基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根的立体示意图；

图3为本发明提供的基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根的主视图；

图4为本发明提供的基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根的左视图；

图5为本发明提供的基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根的俯视图；

图6为本发明提供的基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根的剖面图；

图7为本发明提供的牙根芯体2的剖面图；

图8为本发明提供的多孔微结构5的微观结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-8所示，为本发明提供的较佳实施例。

基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根，包括呈柱状体且由含钛金属制成的牙根芯体2，牙根芯体2外包裹有由含钛金属制成的牙根壳体1，牙根外壳的外周设有外螺纹。本实施例中，牙根壳体1包裹了牙根芯体2的外周以及底部，牙根壳体1整体为一薄壁结构的柱状体。

牙根芯体2包括基座4以及对接在基座4底部且具有形状记忆的多孔微结构5，基座4中设有顶部开口的螺纹孔，可以通过螺纹孔安装牙冠；基座4的外周套设有弹性垫环3，弹性垫环3嵌入在牙根壳体1的内侧壁，且自上而下抵接在外壳的内侧壁，这样，当弹性垫环3受纵向力后，则自上而下抵压牙根壳体1。

在实际运用中，在种植牙的过程中，医护人员将牙龈切开，在牙槽骨上制备孔位，将人工种植牙根旋转安装到牙槽骨的孔位中，该安装过程的作用力基本作用在牙根壳体1上，防止作用力过大对牙根芯体2中的多孔微结构5产生不良影响，随后将牙龈严密缝合，一定时间之后，可将安装基台或者愈合基台安装在基座4的螺纹孔上，进行后续安装牙冠等工作。

上述提供的基于形状记忆合金多孔微结构的人工种植牙根，在植入人工种植牙之后，患者在进行吃饭等活动过程中，上下颌与食物等物品产生了一个的纵向咬合力，该咬合力由牙冠作用到安装基台，再由安装基台作用到牙根芯体2上，牙根芯体2受到纵向作用力后，会产生一个微小的纵向位移，使具有一定弹性的弹性垫环3受到挤压，使多孔微结构5产生一定大小的压缩形变，多孔微结构5的变形膨胀，施加给牙根壳体1的侧面作用力，进而对牙槽骨进行一定大小的应力刺激，使牙槽骨与人工种植牙根之间具有良好的生物材料相容性，避免了应力屏蔽效应引起的骨质疏松现象，可以大大降低种植体松动、脱落而失效的可能性。

本实施例中，多孔微结构5由镍钛合金制成，而且，在3D打印成型之后，通过热处理训练具有形状记忆的效应，在人体口腔的环境中，多孔微结构5容易发生相变回复，对微小的膨胀变形进行修正。

牙根壳体1的内部具有容置牙根芯体2的腔体，腔体的底部固定有弹性垫座7，牙根芯体2的底部抵接在弹性垫座7上。这样，当牙根芯体2受到纵向作用力后，会产生一个微小的纵向位移，使具有一定弹性的弹性垫环3及弹性垫座7受到挤压，并使其产生两个作用力，一个作用力是传递到牙根壳体1，另一个的作用力则是反向作用到牙根芯体2的底部以及牙根芯体2的外周上。

牙根芯体2受到咬合过程传递的纵向作用力，以及弹性垫环3及弹性垫座7产生的反向作用力的影响，会使多孔微结构5产生一定大小的压缩形变。

牙根壳体1的内侧壁设有凹陷布置的容置环，容置环沿牙根壳体1的周向环绕布置；基座4的外周环绕有凸环，弹性垫环3及凸环嵌入在容置环中，便于牙根芯体2与牙根壳体1之间的配合，且便于弹性垫环3的布置。

弹性垫环3的顶部抵接在凸环的底部，弹性垫环3的底部自上而下抵接在容置环上，凸环的顶部抵接在容置环上。

牙根壳体1的底部外周设置有倒角，方便整个人工种植牙根的安装；牙根壳体1的顶部的外周设置有倒圆，避免人工种植牙根在安装过程中伤害到口腔内的组织。倒角及倒圆的设置，不仅在结构上方便安装，而且使得整个人工种植牙根与人体牙槽骨的生物相容性很好。

牙根壳体1的顶部设有凹陷的安装槽，安装槽贯通牙根壳体1的内部。在种植牙的过程中，通过牙根壳体1上的安装槽，将人工种植牙根旋转装到牙槽骨中的孔位中，避免对牙根芯体2进行不当挤压。

牙根壳体1的下部设置有缺口，缺口沿着牙根壳体1的轴向延伸布置，且贯通牙根壳体1的底部，提高了导向性与生物相容性，保证了安装过程中方向的准确性。

牙根壳体1的下部设有多个所述缺口，多个缺口环绕牙根壳体1的周向间隔布置。

多孔微结构5的外部覆盖有由医用高分子材料制成的弹性层，可以是类似聚乙烯、聚丙烯等，弹性层将在多孔微结构5横向膨胀时，起到缓冲以及传递力的作用。

多孔微结构5的底部设有纯钛材料层，当牙根芯体2在受力时，能与弹性垫座7相互作用，起固定和传递的作用。

多孔微结构5由多个具备大泊松比的三维细胞组成，三维细胞可由拓扑优化计算得到，使其具备较大的泊松比。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。