本发明涉及一种制备用于改进在由钛或钛合金制成的物体上的血液凝固和/或细胞附着的形貌(topography)的方法，涉及通过该方法获得的物体，以及该物体用于牙科种植体或牙科种植体基台(abutment)的用途。
背景技术：
1、种植体诸如牙科种植体在本领域中是公知的。它们通常由生物相容的并且另外具有有利的机械性能的材料组成。目前使用的牙科种植体通常由钛或钛合金制成，除了生物相容性外，还表现出优异的机械强度。
2、人体对种植体的接受决定于种植体表面。当作为外来物被检测到并被免疫系统排斥时，种植体可能引起炎症，这不仅会引起患者疼痛，而且还常常导致必须进行二次手术来移除或更换该种植体。
3、为了避免人体对种植体的排斥，种植体表面必须以细胞附着于其上并且天然的身体组织、特别是骨组织或软组织开始在种植体周围生长的方式进行设计。
4、例如在牙科种植体的情况下，需要在植入后不久在活的颌骨和种植体表面之间实现直接的结构和功能连接。这在本领域中称为“骨整合(osteointegration)”(或“骨整合(osseointegration)”)：良好的骨整合意味着种植体在短的愈合时间内安全地骨化，从而获得种植体与骨之间的永久接合。
5、除了骨整合性质的重要性之外，越来越多的证据表明，牙科种植体与周围嵴上结缔组织(supracrestal connective tissue)(以下称为“软组织”)之间的良好相互作用对于成功植入也至关重要。这得到了以下观点的支持：软组织在建立口腔环境和牙科种植体的骨内部分之间的有效密封方面起着根本作用，并因此也是细菌粘附在种植体的软组织接触表面和骨组织接触表面上的屏障。
6、一旦种植体与血液接触，周围软组织或骨组织的细胞的附着受到附着(即吸附)到表面的蛋白的控制。认为吸附在种植体表面上的蛋白影响相应组织细胞的行为(例如，分化)。
7、为了实现牙科种植体和相应组织之间快速强烈的相互作用，这些蛋白在表面上的粘附因此是至关重要的。
8、影响蛋白粘附性的一个重要因素是表面亲水性。
9、最近，已经发现特定纳米结构的存在可能在蛋白的粘附中起重要作用。
10、具体而言，wo 2013/056844描述了一种提供用于改进蛋白在物体特别是种植体表面上的粘附的结构的方法。该方法包括将酸蚀刻的碱性物体存储在水溶液中的步骤，由此在该碱性物体的表面上形成纳米结构。根据wo 2013/056844，由此该纳米结构的形成逐渐发生，导致随着时间推移“生长”或“累积”。
11、此外，r.a.gittens等人(biomaterials 32(2011)3395–3403)报道了关注于微米级粗糙度和纳米级粗糙度二者的分等级组合的研究，以促进临床相关表面上的骨整合。
12、尽管根据wo 2013/056844的方法取得了良好结果，但是仍然需要提供一种在植入后与周围组织建立快速强烈相互作用的物体。
技术实现思路
1、考虑到这一点，本发明要解决的目的是提供一种在由钛或钛合金制成的物体上以允许改进与周围组织的相互作用的方式制备形貌的方法。特别是，应当提供一种简单且可重现的使物体表面改性的方法，该方法允许至少一种介导血液凝固和/或细胞附着的血液蛋白的相对选择性的粘附，从而允许组织与该物体的相互作用。
2、本发明的目的通过根据权利要求1的方法解决。本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。
3、根据权利要求1，本发明的方法涉及制备用于改进在由钛或钛合金(即，用于牙科种植体或牙科种植体基台的最常用材料)制成的物体上的血液凝固和/或细胞附着的形貌的方法。
4、所述方法包括以下顺次的步骤：
5、a)用包含无机酸的第一蚀刻溶液蚀刻至少一部分表面，和
6、b)用不同于第一蚀刻溶液的第二蚀刻溶液蚀刻在a)下蚀刻的表面，所述第二蚀刻溶液包含氢氟酸(hf)。
7、已经令人意外地发现，通过根据本发明的组合蚀刻，实现了允许快速血液凝固并因此形成纤维蛋白网络和/或周围组织细胞的牢固附着的表面。特别是，实现了物体的改进的骨整合，这点将通过下面描述的具体工作实施例详细示出。
8、已经进一步发现，即使在物体表面相对疏水的情况下，也可以实现改进的组织相互作用，特别是骨整合。考虑到亲水表面是实现良好骨整合的重要要求的这一既定原则，该发现是最令人意外的。
9、不希望被理论束缚，根据以下机理认为改进的血液凝固和/或细胞附着是由于通过本发明的方法获得的物体的特定形貌：
10、当物体植入组织、特别是骨组织中时，它首先与来自周围血液的水分子接触。下一步，离子和蛋白将积聚并粘附在种植体的表面上，但并不实际上渗透该材料。如上所述，认为这种“蛋白粘附”或“蛋白吸附”对于后来的细胞应答是决定性的。
11、通过可通过本发明获得的特定形貌，将“蛋白保留结构”提供在物体的表面上，即，允许特定蛋白的改进的粘附性的结构。
12、如通过所附工作实施例所示，获得的形貌允许相对选择性地粘附纤维蛋白原，其在血液凝固中以及因此纤维蛋白网络形成中起重要作用。在本上下文中，工作实施例还表明，与比较实施例相比，根据本发明在物体上形成相对较厚的纤维蛋白网络。
13、在本发明上下文中使用的术语“蚀刻”应被宽泛地理解并且包括通过蚀刻溶液溶解并因此从物体表面去除材料而形成或改变物体的形貌。因此，蚀刻涉及减材表面处理，其与任何增材表面处理相反，例如阳极化处理正是这种情况。根据具体的实施方案，术语“蚀刻”不涉及物体的天然氧化物层的纯粹去除，因为该天然氧化物的去除不伴随着形貌的形成或改变。该实施方案的含义内的蚀刻类似地与用于去除表面杂质并旨在优先均匀去除材料的“酸浸(pickling)”处理相反。
14、具体而言，通过根据步骤a)蚀刻表面，形成微观形貌构造(topographicalformation)，并且通过根据步骤b)蚀刻表面，在微观形貌构造中形成亚微观形貌构造。因此，在步骤b)中形成与步骤a)中不同的形貌级别的构造，导致分等级的形貌。
15、如将在下面进一步详细讨论，减材处理步骤a)优选对应于根据熟知的处理的酸蚀刻。具体而言，步骤a)因此涉及在蚀刻之前的预处理，包括机械减材处理，更特别是喷砂处理。
16、像步骤a)一样，步骤b)也为减材处理步骤，意味着通过这个步骤，从物体去除材料。因此，术语“在微观形貌构造中形成亚微观形貌构造”应理解为“通过从步骤a)之后获得的具有微观形貌构造的中间物体进一步去除材料而形成”。
17、因此通过本发明的方法获得的亚微观形貌构造由在步骤a)和步骤b)之后最初包含在物体内并保留在物体表面上的材料制成。因此亚微观形貌构造形成的方式在所有方面均不同于wo 2013/056844中描述的纳米结构的构造，该纳米结构的构造涉及随时间推移结构的生长或累积并因此涉及增材工艺。
18、由于工艺步骤b)是减材性的，亚微观形貌构造的材料组成基本上对应于处理前的物体表面的材料组成以及在工艺步骤a)之后存在的微观形貌构造的材料组成。由于物体由具有表面的钛或钛合金制成，在该表面上自发形成相应的氧化物层，所以具有形成于其上的亚微观形貌构造的微观形貌构造同样分别由在其上形成有氧化物层的钛或钛合金制成。
19、因为步骤a)和步骤b)二者是刻蚀步骤，本发明的方法可以被认为是“双重刻蚀”方法。因此，在任何方面都不同于仅包括一个单独的蚀刻步骤即一个单独的减材表面处理步骤的方法。特别地，与两步处理明显形成对比，在两步处理中，单独的蚀刻步骤之后是增材表面处理步骤，例如阳极化步骤，用于对表面化学改性和/或用于构造其形貌。
20、根据本发明的一个优选的实施方案，微观形貌构造由以下表面参数中的至少一个来限定：
21、i)sa是在三维上表面的算术平均偏差，并且在0.1μm至2.0μm的范围内，优选在0.4μm至1.8μm的范围内，更优选在0.8μm至1.7μm的范围内，并且最优选0.9μm至1.5μm；
22、ii)st是在三维上的轮廓的最大峰-谷高度，并且在1.0μm至20.0μm的范围内，优选在3.0μm至18.0μm的范围内，更优选4.5μm至13.0μm，并且最优选6.0μm至12.0μm；和/或
23、iii)ssk是在三维上的轮廓的偏斜度(skewness)，并且在-0.6至1.0的范围内，优选-0.4至0.6，更优选-0.3至0.5。
24、所述表面参数对于本领域技术人员是已知的，并且分别是对于二维在en iso4287中定义的参数ra、rt和rsk的对于三维的类似参数。具体而言，上述值涉及例如可由本领域技术人员已知的winsam软件(用于windows的sam(表面分析方法))获得。
25、sa、st和ssk的上述值特别是涉及物体的骨接触表面，即，位于物体特别是种植体上的在植入后开始与骨组织接触的表面区域。对于物体的软组织接触表面，该优选值更小。具体而言，对于软组织接触表面，sa优选在0.05μm至0.5μm的范围内，更优选0.05μm至0.3μm。
26、如上所述，通常通过在蚀刻之前进一步包括喷砂处理的步骤a)获得上面定义的微观形貌构造。
27、关于微观形貌构造，如果上述优选的实施方案中根据a)的蚀刻根据或方案进行，则表面参数优选在或表面的范围内。
28、和处理二者在相应领域中是众所周知的，并且涉及亲骨性种植体制备方面的突破性技术。具体而言，涉及对种植体表面喷砂，接着用包含第一无机酸的蚀刻溶液处理，而进一步包括在氮气或在等渗盐水溶液中调适“sla”表面，从而维持表面的高亲水性，否则会由于与大气相互作用而在储存期间失去。
29、根据本发明的一个优选的实施方案，第一蚀刻溶液因此包含hcl和h2so4的混合物或基本上由hcl和h2so4的混合物组成。更特别地，在高于80℃的温度下hcl和h2so4的混合物用于步骤a)。或者，至少一种无机酸的任何其他溶液可用于工艺步骤a)，特别是包含至少一种选自hcl、h2so4、h3po4的无机酸及其混合物的溶液。如果hf包含在第一蚀刻溶液中，则hf的浓度低于第二蚀刻溶液的hf浓度。根据一个特别优选的实施方案，第一蚀刻溶液至少大致没有hf。在这点上，本发明与ep 1 477 141中所述的技术甚至更明显地不同，根据ep 1477 141中所述的技术，在第二步骤中蚀刻表面之前，在第一步骤中使用hf来去除天然氧化物。
30、进一步优选的是，在步骤a)之前，向表面提供(更优选通过喷砂提供)宏观形貌构造。例如，可以使用粒径为250-500μm的刚玉作为喷砂材料。在该实施方案中，技术的喷砂步骤也应用于本发明的方法。
31、根据一个特别优选的实施方案，本发明因此涉及与根据方案相同的步骤，但是在蚀刻步骤之后进一步包括步骤b)。
32、优选地，所述方法以这样的方式进行：通过步骤b)中形成的亚微观形貌构造，限定在步骤a)中形成的微观形貌构造并且选自sa、st和ssk的至少一个表面参数最多改变50％，优选最多改变20％，更优选最多改变10％，最优选保持基本不变。
33、因此，通过工艺步骤b)根据技术已确立的宏观和微观形貌构造没有改变或者仅改变至可以忽略不计的程度。这将通过附图进一步说明，附图示出了在某一放大倍数下关注于表面宏观和微观形貌构造的几乎相同的图，但是示出了在某一放大倍数下关注于亚微观形貌构造的表面的完全不同的图。
34、具体而言，本发明可实现的亚微观形貌构造包括亚微观结构或基本上由亚微观结构组成，所述亚微观结构在至少两维上最多延伸至1000nm。优选地，亚微观结构在至少两维上延伸20nm至1000nm，优选地延伸30nm至500nm，更优选地延伸40nm至300nm，甚至更优选地延伸50nm至250nm，并且最优选地延伸100nm至200nm。
35、取决于物体的具体材料和工艺参数，可以获得不同的亚微观结构。具体而言，亚微观结构具有含至少一条直线边缘的形状，并且更具体而言是尖锐边缘和/或锯齿状的，这也将通过附图进行说明。备选地或者另外地，亚微观结构可以相对于彼此以阶梯或级联方式布置。更具体地说，亚微观结构可以是其间形成有裂缝的尖锐边缘的悬崖或柱子的形式。
36、优选地，第二蚀刻溶液中的氢氟酸的浓度为0.01体积％至4体积％，优选0.05体积％至2体积％，更优选0.1体积％至1体积％。最优选地，第二蚀刻溶液中的氢氟酸的浓度在0.2体积％至0.5体积％的范围内。
37、根据一个进一步优选的实施方案，步骤b)下的蚀刻进行0.1分钟至30分钟，优选0.5分钟至20分钟，更优选0.5分钟至10分钟，最优选1分钟至5分钟范围的持续时间。
38、通过将根据步骤b)处理的氢氟酸浓度和持续时间保持在上面给出的优选范围内，可以实现期望的亚微观形貌构造，同时保持宏观形貌构造和微观形貌构造二者的特征完好。特别地，限定微观形貌构造的表面参数sa、st和ssk中的至少一个保持基本不变，如上所述这是优选的。
39、蚀刻的相对短的持续时间进一步强调了本发明的方法与wo 2013/056844中提到的历时长得多的时段的纳米结构的生长的差异。
40、进一步优选的是，步骤b)中的蚀刻在10℃至90℃，优选10℃至60℃，更优选15℃至40℃，甚至更优选15℃至30℃，最优选室温(20℃)的温度下进行。
41、根据一个进一步优选的实施方案，所述物体由钛-锆合金制成，因为对于这种材料可以通过本发明的方法实现具有特别关联性的表面形貌。更优选地，所述物体由包含13-17％锆的双金属钛-锆合金制成。特别优选的钛-锆合金可以商品名(institutstraumann ag，瑞士)获得，其性质对于本领域技术人员来说是公知的。根据待实现的目标，物体也可以由钛制成，因为已经发现，对于由钛制成的物体，特别是钛种植体，也可以通过本发明的方法实现用于改进血液凝固和/或细胞附着的形貌。
42、如上所指出，本发明的方法特别涉及牙科种植体或牙科种植体基台，以便为其提供允许与周围组织强烈相互作用的表面。根据一个优选的实施方案，所述物体是牙科种植体或牙科种植体基台，并且所述形貌提供在使用时意欲分别与骨组织或软组织接触的物体表面的至少一部分上。
43、也如上所述并且如通过工作实施例更详细地示出，即使在表面相对疏水的情况下，通过根据本发明提供的形貌也可以实现改进的骨整合。因此，在将牙科种植体储存在空气中之后，所述表面也提供了良好的骨整合性质，因此不需要将牙科种植体储存在保护性环境中。最终，这允许牙科种植体的非常简单的包装。
44、术语“疏水”或“疏水性”与术语“亲水”或“亲水性”相对使用，在本发明的上下文中使用的术语“亲水”或“亲水性”是指当与水接触时表面的接触角小于90°，更优选小于30°，最优选小于10°。
45、根据本发明的一个具体的实施方案，物体的表面是疏水的。在本发明的上下文中，术语“疏水”或“疏水性”具体涉及当与水接触时表面的接触角高于90°。如所述，即使在相对高的接触角的情况下，通过本发明可实现的特定形貌也能够获得优异的骨整合性质。因此，可以选择非常简单的种植体包装和存储装置，即使在长时间存储期之后仍然具有优异的骨整合性能。
46、根据另一个具体的实施方案，当与水接触时，物体表面是亲水性的，接触角小于90℃，更具体地说，是超亲水性的，接触角小于30°，最特别是小于10°。表面为亲水性或超亲水性导致种植体立即被血液润湿，并因此导致水分子和其中所含离子的快速接触，随后血液凝固和/或细胞附着介导蛋白积聚并粘附在表面。由此，可以获得表面与周围组织的甚至进一步改进的相互作用。
47、除了上述方法之外，本发明还涉及可通过所述方法获得的物体。
48、具体而言，本发明涉及一种物体，其表面由微观形貌构造和由在所述微观形貌构造中形成的亚微观形貌构造限定。
49、如上所述，所述微观形貌构造由以下表面参数中的至少一个来限定：
50、i)sa是在三维上的表面的算术平均偏差，并且在0.1μm至2.0μm的范围内，优选在0.4μm至1.8μm的范围内，更优选0.8μm至1.7μm，并且最优选0.9μm至1.5μm；
51、ii)st是在三维上的轮廓的最大峰-谷高度，并且在1.0μm至20.0μm的范围内，优选在3.0μm至18.0μm的范围内，更优选4.5μm至13.0μm，并且最优选6.0μm至12.0μm；和/或
52、iii)ssk是在三维上的轮廓的偏斜度，并且在-0.6至1.0的范围内，优选-0.4至0.6，更优选-0.3至0.5。
53、具体而言，上述值涉及例如可以由如上所述的本领域技术人员已知的winsam软件(用于windows的sam(表面分析方法))获得。
54、还如所述，所述亚微观形貌构造包括亚微观结构或基本上由亚微观结构组成，所述亚微观结构在至少两维上最多延伸至1000nm。
55、更进一步且根据上述方法，至少一些亚微观结构具有含至少一条直线边缘的形状，并且更具体而言是尖锐边缘和/或锯齿状的。备选地或者另外地，所述亚微观结构可以相对于彼此以阶梯或级联方式布置。
56、应该理解的是，作为本发明方法的优选特征的上述所有特征也是本发明的物体的优选特征，反之亦然。
57、根据又一方面，本发明还涉及根据前述权利要求中任一项的物体用于牙科种植体或牙科种植体基台的用途。在这点上，所述物体可以用作牙科种植体或牙科种植体基台，或者作为牙科种植体或牙科种植体基台的一部分。应当理解，当物体用作牙科种植体或牙种植体基台的一部分时，其余部分的至少一部分可以分别由钛或钛合金以外的材料制成。
58、如果物体用作牙科种植体基台，则sa、st和ssk的值优选低于上面提到的那些值，特别是涉及物体的骨接触表面。具体而言，在物体为牙科种植体基台的情况下，sa优选在0.05μm至0.5μm的范围内，更优选在0.05μm至0.3μm的范围内。这允许获得牙科种植体基台和周围软组织的特别强的相互作用。
1.制备用于改进在由钛或钛合金制成的物体上的血液凝固和/或细胞附着的形貌的方法，
2.根据权利要求1的方法，其中通过根据步骤a)蚀刻所述表面，形成微观形貌构造，并且通过根据步骤b)蚀刻所述表面，在所述微观形貌构造中形成亚微观形貌构造。
3.根据权利要求2的方法，其中所述微观形貌构造由以下表面参数中的至少一个来限定：
4.根据权利要求3的方法，其中所述sa在0.4μm至1.8μm的范围内。
5.根据权利要求3的方法，其中所述sa在0.8μm至1.7μm的范围内。
6.根据权利要求3的方法，其中所述sa在0.9μm至1.5μm的范围内。
7.根据权利要求3的方法，其中所述st在3.0μm至18.0μm的范围内。
8.根据权利要求3的方法，其中所述st在4.5μm至13.0μm的范围内。
9.根据权利要求3的方法，其中所述st在6.0μm至12.0μm的范围内。
10.根据权利要求3的方法，其中所述ssk在-0.4至0.6的范围内。
