CN100431549C - 纳米防龋齿抗菌材料及其制造方法以及含有该材料的牙膏 - Google Patents

Abstract

一种纳米防龋齿抗菌材料，其为纳米羟基磷灰石的金属复合物，分子式为Ca_xM_y(PO₄)₆(OH)₂，M代表金属元素，X+Y＝10，粒径为100纳米以下。其中，所述M为Zn(锌)，La(镧)，Ce(铈)，Y(钇)中任选一种，所述纳米羟基磷灰石的金属复合物采用溶胶-凝胶法合成。该抗菌材料可应用于牙膏，即与保湿剂、粘合剂、摩擦剂、发泡剂、甜味剂、香味剂、功能剂和去离子水等复配而成，该牙膏无毒副作用，能有效抑制或消除致龋菌，而且能促进牙齿受损酸蚀表面再矿化。

Description

纳米防龋齿抗菌材料及其制造方法以及含有该材料的牙膏

技术领域

本发明涉及一种牙膏，尤其是一种可用于牙膏的纳米防龋齿抗菌材料及其制造方法，以及含有所述材料的牙膏。

背景技术

龋病是牙体硬组织在以细菌为主的多种因素的共同作用下发生的一种慢性进行性破坏疾病，变形链球菌等致龋细菌的存在是龋病发生的主要条件，粘附在牙齿上的牙菌斑是细菌在牙面上产生龋病的重要口腔环境，蔗糖等致龋性食物进入菌斑，菌斑内的致龋菌使糖发酵产生酸，这些酸在牙面长时间停留，将牙齿硬组织溶解破坏，使之脱矿而产生龋病。及时清除致龋菌和牙菌斑，经常性保持口腔清洁卫生，减少致龋性食物的摄入，增强牙齿表面抵抗酸蚀的能力，是防治龋病的必要措施。

牙膏已成为人们日常生活中的必需品，随着人们生活水平的不断提高，牙膏已由普通洁齿型向疗效型发展。实践证明氟能与牙体硬组织的的主要成分羟基磷灰石结合，形成氟磷灰石，这种氟磷灰石难溶于酸，能大大增强牙齿抵抗酸蚀的能力，所以氟化物可以防龋，目前含氟牙膏的使用相当广泛。但由于氟本身具有相当的毒性，氟在牙膏中的用量受到严格限制，过量氟的摄入会导致黄褐色的氟斑牙，影响牙齿表面的光洁和美观，严重的还会引起氟中毒和氟骨症。

有鉴于此，提供一种可解决上述问题的可用于牙膏的防龋齿抗菌材料及其牙膏实为必要。

发明内容

本发明的目的在于合成一种纳米防龋齿抗菌材料，其具有优良的抗龋菌作用，更好的生物相容性和抗菌性能，能促进牙齿龋蚀表面再矿化，增强牙齿的防龋能力，同时该材料安全无毒，对人体无毒副作用，使牙膏具有良好的安全防龋功效。

本发明的另一目的在于提供一种所述纳米防龋齿抗菌材料的制造方法。

本发明的又一目的在于提供一种应用所述纳米防龋齿抗菌材料的牙膏。

为达到上述目的，本发明提供了一种纳米防龋齿抗菌材料，其为纳米羟基磷灰石的金属复合物，分子式为Ca_xM_y(PO₄)₆(OH)₂，M代表金属元素，X+Y＝10，粒径为100纳米以下。其中，所述M为(锌)，La(镧)，Ce(铈)，Y(钇)中任选一种。所述纳米羟基磷灰石的金属复合物采用溶胶-凝胶法合成。

所述纳米防龋齿抗菌材料，即纳米羟基磷灰石的金属复合物的制备方法为：

首先，称取Ca²⁺盐、M²⁺盐加入去离子水中，加入适量碱，配制成A样；

其次，按照(Ca+M)/P的摩尔比为1.67称取磷酸盐加入去离子水中，加入适量碱，配制成B样；

接着，将A样和B样加热到50-90℃时，在高速搅拌下滴加B样到A样中；

然后，将A样和B样的混合物在55-90℃恒温下搅拌4-8h，并静置8-16h，沉淀经过滤、洗涤；

最后，经真空干燥，即得到纳米羟基磷灰石的金属复合物。

本发明还提供了一种防龋齿纳米牙膏，包括牙膏膏体基质组分，所述防龋齿纳米牙膏还包括纳米羟基磷灰石的金属复合物。

所述纳米羟基磷灰石的金属复合物在所述防龋齿纳米牙膏中的重量百分比为0.1％-20％。

在本发明的一个实施例中，所述防龋齿纳米牙膏各组分占总重量百分比为：

甘油            10％    山梨醇        10％

羧甲基纤维素钠  1.1％   十二醇硫酸钠  1.7％

碳酸钙          45％    Zn-HAP        5.0％

糖精钠          0.2％   香精          1.2％

去离子水        余量

在本发明的一个实施例中，所述防龋齿纳米牙膏各组分占总重量百分比为：

丙二醇          5％     山梨醇        15％

羧甲基纤维素钠  1.0％   十二醇硫酸钠  1.8％

磷酸氢钙        45％    La-HAP        3.0％

糖精钠          0.2％   香精          1.1％

去离子水        余量

在本发明的一个实施例中，所述防龋齿纳米牙膏各组分占总重量百分比为：

甘油            5％      山梨醇        20％

羧甲基纤维素钠  1.1％    十二醇硫酸钠  1.8％

二氧化硅        20％     碳酸钙        25％

Ce-HAP          1.5％    糖精钠        0.2％

香精            1.2％    去离子水      余量

在本发明的一个实施例中，所述防龋齿纳米牙膏各组分占总重量百分比为：

丙二醇        5％     甘油            10％

山梨醇        10％    羧甲基纤维素钠  1.0％

十二醇硫酸钠  1.9％   二氧化硅        5％

磷酸氢钙      35％    Y-HAP           1.0％

糖精钠        0.2％   香精            1.2％

去离子水      余量

在本发明中，纳米羟基磷灰石的金属复合物作为纳米防龋抗菌材料，其具有优良的抗致龋菌的作用，比纳米羟基磷灰石更好的生物相容性和抗菌性能，能促进牙齿龋蚀表面再矿化，增强牙齿的防龋能力；同时，该材料安全无毒，对人体无毒副作用，应用于牙膏使牙膏具有良好的安全防龋功效。

具体实施方式

本发明一种纳米防龋齿抗菌材料，即纳米羟基磷灰石的金属复合物，其分子式为Ca_xM_y(PO₄)₆(OH)₂，其中M可为Zn(锌)，La(镧)，Ce(铈)，Y(钇)等金属元素，X+Y＝10，粒径为100纳米以下。

羟基磷灰石(分子式：Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，简称HAP)的纳米微晶与人体骨骼结构(包括牙釉质的结构)极其相似，具有优良的生物相容性，能与骨组织形成牢固的键合，容易在牙齿缺损表面附结，具有良好的再矿化修复美白作用。但人工合成的HAP纳米微晶由于易团聚、强度低、脆性大，在一定程度上限制了其应用，因此，需对HAP进行性能改进，与金属离子等进行复合是改善其性能的有效途径。HAP纳米微晶通过取代作用，HAP中的Ca²⁺被Zn²⁺、La²⁺、Ce²⁺、Y²⁺金属离子部分取代，可制得HAP含锌、镧、铈、钇等纳米材料，该类材料较普通HAP有更好的力学性能，更好的生物相容性。不仅如此，利用Zn²⁺、La²⁺、Ce²⁺、Y²⁺这些无机抗菌离子，增强了该类材料的抗菌性能，达到抗菌的目的，而且这些无机离子抗菌材料具有持效耐久、广谱抗菌、无耐药性、使用安全等优点。

其中，锌有抑制牙菌斑产酸和致龋菌生长的作用，具有一定的抗龋作用。人体实验表明含锌牙膏可有效抑制变形链球菌和乳酸杆菌等与龋相关细菌的生长，但不影响唾液溶菌酶和抗菌物质SIgA的活性；离体实验也证实锌不仅能抑制细菌的生长，而且能抑制牙菌斑产酸。此外，含锌牙膏能在刷牙后滞留牙龈沟中，然后逐渐释放出锌离子，以制止牙结石的形成，抑制烟斑、茶斑等色素在牙齿表面粘附，具有去斑作用。

镧为轻稀土元素，可以阻止细菌在牙面上粘附，抑制菌斑的形成。镧还可以通过唾液渗入牙体组织，增加牙釉质硬度，促进牙齿再矿化，提高牙釉质的抗酸蚀作用。镧系元素的细胞毒作用是氟的百分之一，而且，在肾、脑、血液和肝脏等内脏器官中的积蓄也较少，因此，镧素元素不失为一种低毒高效防龋元素。

铈为轻稀土元素，除了抑制牙菌斑的形成，还具有抗炎作用，使牙周炎、牙龈炎等炎症减轻，并加速愈合。

钇为重稀土元素，含钇的HAP纳米材料能抑制和控制构成菌斑的主要细菌如变形链球菌、远缘链球菌等，但不会破坏口腔的微生态平衡。

纳米羟基磷灰石的金属复合物具有优良的抗龋菌作用，比纳米羟基磷灰石更好的生物相容性和抗菌性能，能促进牙齿龋蚀表面再矿化，增强牙齿的防龋能力，同时该材料安全无毒，对人体无毒副作用，使牙膏具有良好的安全防龋功效，可以通过溶胶-凝胶等方法合成。

以下描述本发明纳米防龋齿抗菌材料即纳米羟基磷灰石的金属复合物的制成方法：

本发明所述的防龋抗菌纳米材料，可采用溶胶-凝胶法合成，但应用于牙膏的该纳米材料并不局限于该方法。反应式如下：

xCa²⁺+yM²⁺+6PO₄ ^3-+2OH^-＝Ca_xM_y(PO₄)₆(OH)₂

其中，M代表金属元素，其可为Zn(锌)，La(镧)，Ce(铈)，Y(钇)等金属元素，X+Y＝10。

Ca²⁺来源于硝酸钙、氯化钙、氧化钙或其混合物。M²⁺来源于该金属的氢氧化物、氯化物、硝酸盐。PO₄ ^3-来源于磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二铵；磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵，磷酸、磷酸钾、磷酸钠、磷酸铵。OH^-来源于M(OH)₂、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾。碱包括氨水或有机胺，其中，所述有机胺可为乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、正丁胺、正戊胺、正己胺中任意一种或多种等。

制备纳米羟基磷灰石的金属复合物的具体步骤为：

步骤1：称取适量的Ca²⁺盐、M²⁺盐加入去离子水中，加入适量碱，配制成混合物溶液A；

步骤2：按照(Ca+M)/P的摩尔比为1.67称取适量的磷酸盐加入去离子水中，加入适量碱，配制成混合物溶液B；

步骤3：将混合物溶液A和混合物溶液B加热到50-90℃时，在高速搅拌下将混合物溶液B滴加样到混合物溶液A中；

步骤4：滴加完毕后，在55-90℃恒温下搅拌4-8h，并静置8-16h，沉淀经过滤、洗涤；

步骤5：经真空干燥，即得到白色的纳米羟基磷灰石的金属复合物。

以下结合几个具体实施例进一步对本发明进行阐述纳米羟基磷灰石的金属复合物的制备工艺。

实施例一

在本实施例中，首先，把0.5mol氯化锌，0.5mol氧化钙加到450ml去离子水中，加入1.2ml80％的乙二胺水溶液配成混合物A；其次，将0.6mol磷酸二氢铵加入到150ml去离子水中，加入2.2ml80％的乙二胺水溶液，配成混合物B；接着，将混合物A和混合物B均加热到75℃时，把B溶液滴加到高速搅拌的A溶液中，用80％的乙二胺调节pH值至9.0，在2h内滴加完毕；然后，在75℃恒温下搅拌5h，然后静置8h，沉淀经过滤、洗涤；最后，在80℃下经真空干燥得到产品纳米含锌羟基磷灰石(Zn-HAP)。

实施例二

在本实施例中，首先，把0.2mol氯化镧，0.6mol氯化钙和400ml去离子水配成溶液，加入1.1ml 80％丙二胺，配成混合物A；其次，0.48mol磷酸二氢铵加入到100ml去离子水中，搅拌溶解，加入2.0ml 80％丙二胺配成溶液B；接着，将A、B加热到65℃时，A高速搅拌并滴加B，用80％丙二胺调节pH值至9.0，在1.5h内滴加完毕；然后，在80℃恒温下搅拌6h，并静置8h，沉淀经过滤、洗涤，最后，在80℃下经真空干燥得到产品纳米含镧羟基磷灰石(La-HAP)。

实施例三

在本实施例中，首先，将0.6mol硝酸铈，0.7mol氯化钙加入到600ml去离子水中配成溶液，加入1.3ml 85％的丁二胺水溶液配成混合物A；其次，将0.78mol磷酸二氢铵加入到200ml去离子水中配成溶液，加入2.3ml 85％的丁二胺水溶液配成混合物B；接着，将A、B加热到80℃时，A高速搅拌并滴加B，用丁二胺调节pH值至8.5，在2h内滴加完毕；然后，在80℃恒温下搅拌6h，并静置10h，沉淀经过滤、洗涤；最后，在80℃下经真空干燥得到产品纳米含铈羟基磷灰石(Ce-HAP)。

实施例四

在本实施例中，首先，将0.15mol硝酸钇，0.35mol氧化钙加入到300ml去离子水中，加入1.0ml 85％的己二胺水溶液配成混合物A；其次，将0.3mol磷酸二氢铵加入到100ml去离子水中配成溶液，加入1.8ml 85％的己二胺水溶液配成混合物B；接着，将A、B加热到85℃时，A高速搅拌并滴加B，用己二胺调节pH值至8.0，在2h内滴加完毕；然后，在85℃恒温下搅拌5h，并静置8h，沉淀经过滤、洗涤；最后，在80℃下经真空干燥得到产品纳米含钇羟基磷灰石(Y-HAP)。

牙膏中的膏体基质组分通常包括按一定比例混合组成的保湿剂、粘合剂、摩擦剂、发泡剂、甜味剂、香味剂、功能剂和去离子水等。在本发明中，所述保湿剂可为甘油、山梨醇、丙二醇、二甘醇或聚乙二醇，所述几种保湿剂可以单用也可以几种组合使用。所述粘合剂可为羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、卡拉胶或汉生胶，所述几种粘合剂可以单用，也可以几种组合使用。所述摩擦剂为碳酸钙、碳酸氢钙或二氧化硅，所述几种摩擦剂可以单用或几种组合使用。所述发泡剂一般为十二烷基硫酸钠。所述甜味剂可为糖精钠。所述香味剂为香精。

本发明防龋齿纳米牙膏的功能剂为纳米羟基磷灰石的金属复合物，可按常规方法和工艺添加至牙膏中，添加量为0.1％-20％(按重量百分比)。

以下结合几个具体实施例进一步阐述所述防龋齿纳米牙膏的组份配方。

实施例一

本实施例中所述防龋齿纳米牙膏各组分所占总重量百分比为：

甘油            10％     山梨醇        10％

羧甲基纤维素钠  1.1％    十二醇硫酸钠  1.7％

碳酸钙          45％     Zn-HAP        5.0％

糖精钠          0.2％    香精          1.2％

去离子水        余量

实施例二

本实施例中所述防龋齿纳米牙膏各组分所占总重量百分比为：

丙二醇          5％     山梨醇        15％

羧甲基纤维素钠  1.0％   十二醇硫酸钠  1.8％

磷酸氢钙        45％    La-HAP        3.0％

糖精钠          0.2％   香精          1.1％

去离子水        余量

实施例三

本实施例中所述防龋齿纳米牙膏各组分所占总重量百分比为：

甘油            5％     山梨醇        20％

羧甲基纤维素钠  1.1％   十二醇硫酸钠  1.8％

二氧化硅        20％    碳酸钙        25％

Ce-HAP          1.5％   糖精钠        0.2％

香精            1.2％   去离子水      余量

实施例四

本实施例中所述防龋齿纳米牙膏各组分所占总重量百分比为：

丙二醇        5％       甘油            10％

山梨醇        10％      羧甲基纤维素钠  1.0％

十二醇硫酸钠  1.9％     二氧化硅        5％

磷酸氢钙      35％      Y-HAP           1.0％

糖精钠        0.2％     香精            1.2％

去离子水      余量

以上所揭露的仅为本发明防龋齿纳米牙膏的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种纳米防龋齿抗菌材料，其特征在于：其为纳米羟基磷灰石的金属复合物，分子式为Ca_xM_y(PO₄)₆(OH)₂，M代表抗菌金属元素，X+Y＝10，粒径为100纳米以下。

2.如权利要求1所述的纳米防龋齿抗菌材料，其特征在于：所述M为锌，镧，铈，钇中任选一种。

3.如权利要求1或2所述的纳米防龋齿抗菌材料，其特征在于：所述纳米羟基磷灰石的金属复合物采用溶胶-凝胶法合成。

4.如权利要求3所述的纳米防龋齿抗菌材料，其特征在于：所述纳米防龋齿抗菌材料，即纳米羟基磷灰石的金属复合物的制备方法为：

首先，称取Ca²⁺盐、M²⁺盐加入去离子水中，加入碱，配制成A样；

其次，按照(Ca+M)/P的摩尔比为1.67称取磷酸盐加入去离子水中，加入适量碱，配制成B样；

接着，将A样和B样加热到50-90℃时，在高速搅拌下滴加B样到A样中；

然后，将A样和B样的混合物在55-90℃恒温下搅拌4-8h，并静置8-16h，沉淀经过滤、洗涤；

最后，经真空干燥，即得到纳米羟基磷灰石的金属复合物。

5.一种防龋齿纳米牙膏，包括牙膏膏体基质组分，其特征在于：所述防龋齿纳米牙膏还包括纳米羟基磷灰石的金属复合物，分子式为Ca_xM_y(PO₄)₆(OH)₂，M代表抗菌金属元素。

6.如权利要求5所述的防龋齿纳米牙膏，其特征在于：所述纳米羟基磷灰石的金属复合物在所述防龋齿纳米牙膏中的重量百分比为0.1％-20％。

7.如权利要求6所述的防龋齿纳米牙膏，其特征在于：所述防龋齿纳米牙膏各组分所占总重量百分比为：

甘油      10％       山梨醇    10％

CMC       1.1％      K₁₂       1.7％

CaCO₃     45％       Zn-HAP    5.0％

糖精钠    0.2％      香精      1.2％

去离子水  余量。

8.如权利要求6所述的防龋齿纳米牙膏，其特征在于：所述防龋齿纳米牙膏各组分所占总重量百分比为：

丙二醇    5％山梨醇15％

CMC       1.0％      K₁₂       1.8％

磷酸氢钙  45％       La-HAP    3.0％

糖精钠    0.2％      香精      1.1％

去离子水  余量。

9.如权利要求6所述的防龋齿纳米牙膏，其特征在于：所述防龋齿纳米牙膏各组分所占总重量百分比为：

甘油      5％         山梨醇    20％

CMC       1.1％       K₁₂       1.8％

SiO₂      20％        CaCO₃     25％

Ce-HAP    1.5％       糖精钠    0.2％

香精      1.2％       去离子水  余量。

10.如权利要求6所述的防龋齿纳米牙膏，其特征在于：所述防龋齿纳米牙膏各组分所占总重量百分比为：

丙二醇     5％         甘油     10％

山梨醇      10％        CMC      1.0％

K1          21.9％      SiO₂     5％

磷酸氢钙    35％        Y-HAP    1.0％

糖精钠      0.2％       香精     1.2％

去离子水    余量。