CN100464728C - 牙釉质表面抗菌涂剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

牙釉质表面抗菌涂剂及其制备方法，涉及一种抗菌涂剂。提供一种以掺杂的缺钙羟基磷灰石为主要原料，具有抗菌性能的牙釉质表面抗菌涂剂及其制备方法。牙釉质表面抗菌涂剂包括固体粉末和混合溶液两部份，固体粉末为掺锌或铜的缺钙羟基磷灰石或掺锌或铜的氟羟基磷灰石，混合溶液由磷酸和双氧水组成。其步骤为将掺锌或铜的缺钙羟基磷灰石或掺锌或铜的氟羟基磷灰石按配比混合研磨，过目筛，制得固体粉末；将磷酸和双氧水按配比混合，制得磷酸和双氧水混合溶液。

Description

牙釉质表面抗菌涂剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种抗菌涂剂，尤其是涉及一种牙釉质表面抗菌涂剂及其制备方法。

背景技术

大量证据已经表明，细菌的存在是龋病发生的先决条件。1960年Keyes首先证实龋病是一种感染性疾病，并确定该病具有可传播性(transmissible nature)。在龋病病因学的研究中涉及到微生物的证据是确凿的。如无菌饲养的动物不发生龋病；用抗生素饲养的实验动物，可降低患龋病率；未萌出的牙齿不发生龋病，而当这些牙齿暴露到口腔环境和菌群中时则可发生龋病；口腔细菌能在离体条件下使釉质和牙本质脱矿，从而造成龋样损害。流行病学研究也已证实，由龋损部位分离出来的某些微生物接种于其他动物(鼠、猴等)，能使之产生龋病(樊明文等，龋病牙髓病研究，湖北科学技术出版社，2003)。

龋病的三级预防中的第一级预防，是病因学预防，也是根本性的预防措施。而细菌附着在牙面上形成的菌斑是引起龋病的主要因素，因此目前预防龋病的主要方法之一是控制菌斑(control dental plaque)。没有牙菌斑的存在就没有龋病的发生。去除牙菌斑可通过以下途径达到防龋的目的：①阻止细菌在牙表面附着和聚集，防止菌斑形成；②防止特异性致病菌在牙表面的沉积；③去除或破坏已形成的菌斑；④中和菌斑代谢产生的毒性物质；⑤破坏和干扰菌斑的代谢途径(樊明文等，龋病牙髓病研究，湖北科学技术出版社，2003)。菌斑控制可分为a机械的方法(刷牙或使用牙线、牙签、洁治等机械方法)；b化学的方法(化学制剂控制菌斑，常用的药物有洗必泰、抗生素、酶、唾液素类物质的氟化物等)；c生物的方法(中草药防龋研究、茶叶防龋研究等)(Giertsen E，Guggenheim B，Thumheer T，et al.Microbiological aspectsof an in situmodel to study effects of antimicrobial agents on dental plaque ecology.Europeanjournal of oral sciences，2000；(5):403-411).。

钙和磷都是人体所必须的元素，因此选择磷酸氢钙作为抗菌基材是极为安全的。并且二水磷酸氢钙(Dicalcium Phosphate Dihydrate，DCPD)在生物体内的作为最终向羟基磷灰石转化的中间过渡相，因此被认为是具有好的生物活性陶瓷之一，而且它还是所有磷酸钙盐在酸性条件下最稳定的物相(Combes C，Rey C，Freche M.XPS and IR study of dicalcium phosphatedehydrate nucleation on titanium surfaces.Colloids and surfaces B：Biointerfaces，1998(11)15-27.Arifuzzaman SM，Rohani S.Experimental study of brushite precipitation.Journal of crystal growth，2004(267)：627-634.)。缺钙羟基磷灰石在温度和酸性环境下，在短时间内很快转变为二水磷酸氢钙。大量的文献也曾报道了Zn²⁺、Cu²⁺等具有一定的抗菌性(Renjei Chung，Mingfa Hsieh，Chinewen Huang，et al.Antimicrobial effects and human gingival biocompatibility ofhydroxyapatite Sol-Gel coatings.Journal of biomedical materials research part B-appliedbiomaterials，200676B(1):169-178.)。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种以掺杂的缺钙羟基磷灰石为主要原料，在一定条件下通过掺杂的缺钙羟基磷灰石反应转变成掺杂的二水磷酸氢钙后，形成具有较高的强度，与牙釉质结合较好，无明显裂缝，具有一定抗菌性能的牙釉质表面抗菌涂剂及其制备方法。

本发明所述的牙釉质表面抗菌涂剂包括固体粉末和混合溶液两部份，按质量比固体粉末和混合溶液为0.1～1，固体粉末为掺锌或铜的缺钙羟基磷灰石或掺锌或铜的氟羟基磷灰石，其(Ca+Zn)/P或者(Ca+Cu)/P比值为1.5～1.67，固体粉末的细度≤50μm；混合溶液由磷酸和双氧水组成，其体积比为1～4。

按质量比固体粉末和混合溶液最好控制在0.2～0.5。固体粉末为掺锌或铜的缺钙羟基磷灰石或掺锌或铜的氟羟基磷灰石，其(Ca+Zn)/P或者(Ca+Cu)/P比值最好控制在1.62～1.66，Zn²⁺％或者Cu²⁺％最好控制在0.8％～1.5％；固体粉末的细度最好≤20μm；混合溶液由磷酸和双氧水组成，其体积比最好控制在2～4。

本发明所述的牙釉质表面抗菌涂剂的制备方法其步骤为：

1)将掺锌或铜的缺钙羟基磷灰石或掺锌或铜的氟羟基磷灰石按配比混合研磨；

2)过目筛，目筛的细度≤50μm，最好≤20μm，制得固体粉末；

3)将磷酸和双氧水按配比混合，制得磷酸和双氧水混合溶液。

当牙齿表面处理时，有利于增大牙釉质表面能，增强涂层结合效果。牙釉质主要由磷灰石组成，当用磷酸与双氧水混合溶液处理时，表面的磷灰石将生成溶于水的磷酸二氢钙而溶解。同时，吸附于牙面的各种菌斑、牙垢以及食物残渣也将随之除去，从而暴露出清洁的新鲜表面层。而且，由于处理后牙面上部分羟基和氨基的定向排列，使表面呈现出极性。同时，对牙釉质表面处理时，表现为无机物溶解脱钙。由于表面上局部组成上的差异，其溶解性不同，结果形成凹凸不平的粗糙面，都将更加有利于涂层与基体的结合。

由于反应生成的新生相物质具有质点活性高和反应性强的特点，将含有Zn²⁺/Cu²⁺的缺钙羟基磷灰石与磷酸混合反应，可获得具有较大表面活性的新生态DCPD。这一过程增强了DCPD吸附Cu²⁺或者Zn²⁺抗菌金属离子的能力。将含有Zn²⁺或者Cu²⁺的固体粉末与混合溶液按比例混合，混合时由于双氧水的作用会产生大量的热，会使涂剂温度急剧上升，使用前应将其涂剂在空气中放置数分钟，冷却至略高于体温。在表面处理液末干之前，用刷子将涂剂均匀涂在牙齿表面。自然干燥后用蒸馏水清洗牙齿表面，除去一些吸附物，即可得到含有Zn²⁺或者Cu²⁺的掺杂二水磷酸氢钙涂层。

利用本发明能制备厚度约为60～80μm的涂层，涂层能与牙釉质其本上形成无间隙结合。由于受到牙釉质中晶体取向和表面极性的影响，涂层中的二水磷酸氢钙晶体成核与生成过程在一定程度受其调控，因此形成了有一定择优取向的晶体涂层。涂层中的晶体颗粒紧密排列，因此涂层有一定硬度，硬度值达到了牙釉质的40％～50％，同时说明该涂层具有较好的硬度和耐磨性能。同时用含有水杨酸模拟唾液处理涂层表面，硬度值变化不大。涂层能在中性或者酸性模拟唾液中稳定存在，在弱碱性条件下DCPD涂层将缓慢向HAP转变，在碱性较强时快速转变成HAP。利用滴下法(drop-test)测试了涂层的抗菌率，其Zn²⁺和Cu²⁺分别达到了95.4％和98.5％。

附图说明

图1为涂层的环扫电镜图片(a 10000×；b 500×)。其中a.涂剂与牙釉质结合界面无明显裂缝；b.涂层与牙釉质用0.2mol/lNaOH溶液处理后界面处出现明显裂缝。

图2为大肠杆菌(DH5a)抗菌测试结果。其中a.空白试样结果；b.含有Zn²⁺的涂层抗菌性；c.含有Cu²⁺的涂层抗菌性。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将Ca(NO₃)₂·4H₂O(分析纯)和Zn(NO₃)₂·6H₂O(分析纯)溶于蒸馏水中，配成0.5mol/lCa(NO₃)₂和0.5mol/l Zn(NO₃)₂的溶液，按照(Ca+Zn)/P为1.5比加入H₃PO₄(分析纯)，搅拌混合均匀，加入NH₃·H₂O(分析纯)，调整pH值到10，强力搅拌30min，过滤洗涤，用微波(采用格兰仕微波炉，2450MHz，700W)辐射沉淀物得到白色的Zn²⁺掺杂的缺钙羟基磷灰石固体。用研钵研细，使其颗粒d₉₀在20μm以下。用浓度为85％的磷酸与浓度为30％的双氧水按体积比4∶1混合，得到混合溶液。取固体粉末1.5g，量取混合溶液4ml，将其与固体粉末混合，搅拌混合均匀配成涂剂，混合时由于双氧水的作用会产生大量的热，会使涂剂温度急剧上升。使用前应将涂剂在空气中放置数分钟，冷却至略高于体温。用浓度为85％的磷酸与浓度为30％的双氧水按体积比1∶4配制成牙齿表面处理液。先在牙齿表面涂上一层表面处理液，30s左右，在处理液末干前，将涂剂涂刷在牙齿表面。掺杂的缺钙羟基磷灰石在温度和酸性环境下，在短时间内很快转变为掺杂的二水磷酸氢钙，自然干燥后用水清洗牙齿表面，除去吸附物，即可得到含Zn²⁺0.8％的掺杂二水磷酸氢钙涂层。其结果如下：

1)从图1中电镜图片a可以看出，涂层与牙釉质结合界面处无明显间隙，说明涂层与牙釉质结合较好，且VHN值达到125.8。

2)从图1中电镜图片b可进一步证实涂层的存在以及涂层厚度约60～80μm。

3)比较图2中的a与b，可知含Zn²⁺的掺杂二水磷酸氢钙涂层具有抗菌性，其抗菌率为95.4％。

实施例2

将Ca(NO₃)₂·4H₂O(分析纯)和Cu(NO₃)₂·3H₂O(分析纯)溶于蒸馏水中，配成0.5mol/lCa(NO₃)₂和0.5mol/l Zn(NO₃)₂的溶液，按照(Ca+Cu)/P为1.67比加入H₃PO₄(分析纯)，搅拌混合均匀，加入NH₃·H₂O(分析纯)，调整pH值到10左右，强力搅拌30min，过滤洗涤，用微波(采用格兰仕微波炉，2450MHz，700W)辐射沉淀物得到白色的Cu²⁺掺杂的缺钙羟基磷灰石固体。用研钵研细，将其与0.2mol/l NaF溶液混合，加热到60℃，恒温1h，将其部分氟化，过滤干燥。用研钵研细，使其颗粒d₉₀在20μm以下。用浓度为85％的磷酸与浓度为30％的双氧水按体积比2∶1混合，得到混合溶液。取固体粉末1.5g，量取混合溶液4ml，将其与固体粉末混合，搅拌混合均匀，混合时由于双氧水的作用会产生大量的热，会使涂剂温度急剧上升。使用前应将其涂剂在空气中放置数分钟，冷却至略高于体温。用高浓度的磷酸与双氧水按体积比1∶4配制成牙齿表面处理液。先在牙齿表面涂上一层表面处理液，30s左右，在处理液末干前，将涂剂涂刷在牙齿表面。即可得到含Cu²⁺的掺杂二水磷酸氢钙涂层。比较图2中的a与b，可知含Cu²⁺1.5％的掺杂二水磷酸氢钙涂层具有抗菌性，其抗菌率为98.5％。

实施例3

取实施例1中合成的羟其磷灰石2g，将其与0.2mol/l NaF溶液混合，加热到60℃，恒温1h，将其部分氟化，过滤干燥。取固体粉末1.5g，其(Ca+Cu)/P为1.64的固体粉末细度为50μm，用浓度为85％的磷酸与浓度为30％的双氧水按体积比1∶1混合，得到混合溶液。量取混合溶液4ml，将其与固体粉末混合，搅拌混合均匀，混合时由于双氧水的作用会产生大量的热，会使涂剂温度急剧上升。使用前应将其涂剂在空气中放置数分钟，冷却至略高于体温。用浓度为85％的磷酸与浓度为30％的双氧水按体积比1∶4配制成牙齿表面处理液。先在牙齿表面涂上一层表面处理液，30s左右，在处理液末干前，将涂剂涂刷在牙齿表面。即可得到含Zn²⁺1.2％的掺杂二水磷酸氢钙涂层，其抗菌率为96.5％。

实施例4

取实施例1中合成的羟其磷灰石2g，将其与0.2mol/l NaF溶液混合，加热到60℃，恒温1h，将其部分氟化，过滤干燥。取固体粉末1.5g，固体粉末细度量取混合溶液2ml，将其与固体粉末混合，搅拌混合均匀，混合时由于双氧水的作用会产生大量的热，会使涂剂温度急剧上升。使用前应将其涂剂在空气中放置数分钟，冷却至略高于体温。用浓度为85％的磷酸与浓度为30％双氧水按体积比1∶4配制成牙齿表面处理液。先在牙齿表面涂上一层表面处理液，30s左右，在处理液末干前，将涂剂涂刷在牙齿表面。即可得到含Zn²⁺1.5％的掺杂二水磷酸氢钙涂层，其抗菌率为96.5％。

实施例5

取实施例1中合成的羟其磷灰石2g，将其与0.2mol/l NaF溶液混合，加热到60℃，恒温1h，将其部分氟化，过滤干燥。取固体粉末1.5g，固体粉末细度量取混合溶液4ml，将其与固体粉末混合，搅拌混合均匀，混合时由于双氧水的作用会产生大量的热，会使涂剂温度急剧上升。使用前应将其涂剂在空气中放置数分钟，冷却至略高于体温。用浓度为85％的磷酸与浓度为30％双氧水按体积比1∶4配制成牙齿表面处理液。先在牙齿表面涂上一层表面处理液，30s左右，在处理液末干前，将涂剂涂刷在牙齿表面。即可得到含Zn²⁺1.5％的掺杂二水磷酸氢钙涂层，其抗菌率为96.5％。

Claims (9)

1.牙釉质表面抗菌涂剂，其特征在于包括固体粉末和混合溶液两部份，按质量比固体粉末和混合溶液为0.1～1，固体粉末为掺锌或铜的缺钙羟基磷灰石或掺锌或铜的氟羟基磷灰石，其(Ca+Zn)/P或者(Ca+Cu)/P比值为1.5～1.67，固体粉末的细度≤50μm；混合液由浓度为85％的磷酸和30％的双氧水组成，其体积比为0.25～4。

2.如权利要求1所述的牙釉质表面抗菌涂剂，其特征在于按质量比固体粉末和混合溶液为0.2～0.5。

3.如权利要求1所述的牙釉质表面抗菌涂剂，其特征在于所述的(Ca+Zn)/P或者(Ca+Cu)/P比值为1.62～1.66。

4.如权利要求1所述的牙釉质表面抗菌涂剂，其特征在于所述的Zn的Zn²⁺％为0.8％～1.5％。

5.如权利要求1所述的牙釉质表面抗菌涂剂，其特征在于所述的Cu的Cu²⁺％为0.8％～1.5％。

6.如权利要求1所述的牙釉质表面抗菌涂剂，其特征在于固体粉末的细度≤20μm。

7.如权利要求1所述的牙釉质表面抗菌涂剂，其特征在于所述体积比为2～4。

8.如权利要求1所述的牙釉质表面抗菌涂剂制备方法，其特征在于其步骤为：

1)将掺锌或铜的缺钙羟基磷灰石或掺锌或铜的氟羟基磷灰石按配比混合研磨；

2)过目筛，目筛的细度≤50μm，制得固体粉末；

3)将磷酸和双氧水按配比混合，制得磷酸和双氧水混合溶液。

9.如权利要求8所述的牙釉质表面抗菌涂剂制备方法，其特征在于所述的目筛的细度≤20μm。

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