CN101305966B

CN101305966B - 义齿基托聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米复合微球及制备方法

Info

Publication number: CN101305966B
Application number: CN200810053711XA
Authority: CN
Inventors: 郑俊萍; 成刚; 王红艳; 王岩韬; 姚康德
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2028-06-30
Also published as: CN101305966A

Abstract

本发明属于口腔生物材料领域，特别是涉及义齿基托聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米复合微球及制备方法。本发明制得的义齿基托聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米复合微球，微球为珠状粉末，平均粒径为40～70μm，各组份质量配比为：聚甲基丙烯酸甲酯99.9％～90％，SiO₂0.1％～10％。本发明制备的材料具有良好的理化性能和生物安全性，是性能优良的口腔修复材料。

Description

义齿基托聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米复合微球及制备方法

技术领域

本发明属于口腔生物材料领域，特别是涉及义齿基托聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米复合微球及制备方法。

背景技术

1937年德国人首先采用悬浮聚合法制成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉用于义齿基托修复，由于其性能优越，操作简便，生物相容性能良好，至今仍作为临床应用的首选。然而，由于树脂本身强度欠佳和固化过程中内应力的存在，使得树脂材料的韧性和强度较低。多年来，PMMA作为义齿基托修复材料在使用中出现破碎和断裂的现象一直未能得到有效地解决。

随着纳米技术的不断发展，聚合物-无机纳米复合材料的研究也得到了飞速发展，成为当前复合材料的新生长点之一，为制备高性能、多功能新材料提供了一条新途径，并具有广阔的商业开发和应用前景。

发明内容

加入纳米二氧化硅(SiO₂)后可以改善PMMA树脂的力学性能，以避免其在作为义齿基托材料的使用过程中出现破碎和断裂的现象，以延长使用寿命。

我们以PMMA作为基体树脂，与表面接枝PMMA链的纳米SiO₂进行原位悬浮聚合，制备纳米复合微球，本发明具有良好的理化性能和生物学性能，是性能优良的义齿基托材料。

本发明制得义齿基托聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米复合微球，微球为珠状粉末，平均粒径为40～70μm，各组份质量配比为：

聚甲基丙烯酸甲酯 99.9％～90％，

SiO₂ 0.1％～10％。

本发明的义齿基托聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米复合微球的制备方法，步骤如下：

1)将质量浓度为1～10％的SiO₂甲苯或二甲苯悬浮液搅拌，经过超声分散处理后加入反应器，升温并加相对于SiO₂的质量分数为10～200％处理剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)，在沸腾状态下反应6～8h，处理后的SiO₂悬浮液经过抽滤、洗涤和干燥，得到固体粉末A；

2)将质量浓度为1～10％的A的甲苯或二甲苯悬浮液搅拌，经过超声分散处理后加入反应器，氮气保护，在65～85℃条件下加入引发剂过氧化苯甲酰(BPO)，再以1～3滴/s的速度滴加甲基丙烯酸甲酯单体，搅拌反应4-6h后，冷却至室温；将处理后的SiO₂悬浮液经分离、洗涤和干燥，得到固体粉末B。以MMA单体质量份数为1，A的质量份数为0.05～0.5，引发剂质量份数为0.005～0.02；

3)配制0.5～2％的羟乙基纤维素的去离子水溶液，并加入0.01～0.1％的十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠，得到溶液C；

4)在MMA单体中加入质量分数为0.1～10％B粉末，充分搅拌并进行超声分散，得到悬浮液，将超声分散后的悬浮液和溶液C加入反应器，搅拌速率为400～900rpm。通氮气保护30min后，升温至65～85℃加入相对于MMA的质量分数为0.5～2％的BPO引发聚合5～8h；将所得产物用清水洗涤，抽滤，干燥，得到所需产物。悬浮聚合中水和MMA单体的质量比为3～5。

本发明的效果是：

由本发明得到的PMMA/SiO₂纳米复合微球，可采用以下方式进行性能评价：

一、微球的平均粒径

本发明所得到的微球的平均粒径的光学显微镜照片如图1所示，平均粒径在40～70μm左右。

二、聚合物的分子量及分布

取一定量的烘干后复合物，在索氏提取器中用100ml热丙酮抽提48h，将抽提后烧瓶中PMMA丙酮溶液冷却并向其中加入100ml蒸馏水。将析出的絮状物烘干，用四氢呋喃作溶剂，配成0.005g/ml的溶液。通过凝胶渗透色谱(GPC)测试复合物中PMMA的分子量及分布。

三、力学性能评价

将制备的复合微球与热凝型牙托水按质量比2∶1进行混合，待到面团期将其填入石膏模型中，在70℃的水中加热1.5h，再快速升温至100℃，保持1h后开模，用280号、400号、800号砂纸对其打磨，所得试样进行拉伸、挠曲及洛氏硬度测试。

试样尺寸：拉伸试样为50mm×7mm×3mm；挠曲试样为64mm×10mm×3.3mm；硬度试样为50mm×50mm×6mm。

四、生物安全性评价

将所得微球用上述三所示方法制成圆片，缝合于仓鼠颊粘膜组织，7天后取其颊粘膜组织，切片，HE染色后的光学显微镜照片如图2所示，显示该材料无口腔粘膜刺激性。

附图说明

图1：PMMA/SiO₂纳米复合微球的光学显微镜照片。

图2：缝合纳米树脂圆片仓鼠颊粘膜组织切片HE染色照片(×100倍)。

具体实施方式

实施例1

将2g SiO₂倒入198g二甲苯中，充分搅拌，经过超声分散处理后倒入反应器中，搅拌，升温并滴加4g处理剂KH-570，在沸腾状态下恒温反应6h。将处理后的SiO₂悬浮液抽滤，用丙酮洗涤多次后再抽滤干燥，得到固体粉末A。称取2g粉末A，加入198g二甲苯，充分搅拌分散，将配制好的SiO₂悬浮液进行超声分散。将分散好的SiO₂悬浮液倒入反应器中，氮气保护，加热搅拌。在65℃下加入0.2g的引发剂BPO，待引发剂溶解，用恒压漏斗以1滴/s的速度滴加单体MMA40g。搅拌反应4h结束，将处理后的SiO₂悬浮液离心分离，再以丙酮多次洗涤，抽滤后干燥，得到固体粉末B。将0.1g粉末B加入到99.9gMMA单体中，超声分散，并将此悬浮液加入溶液C(溶有2％羟乙基纤维素和0.1％十二烷基苯磺酸钠的300ml去离子水)中，以900rpm的速率搅拌。通氮气保护30min后，升温至65℃加入0.5gBPO引发反应5h。将所得产物用清水多次洗涤，抽滤，干燥，得到复合PMMA微球，包装备用。

用光学显微镜观察所得微球，其平均粒径为40μm左右。取1.5g的微球，在索氏提取器中用100ml热丙酮抽提48h，将抽提后烧瓶中PMMA丙酮溶液冷却并向其中加入100ml蒸馏水。将析出的絮状物烘干，用四氢呋喃作溶剂，配成0.005g/ml的溶液。通过凝胶渗透色谱(GPC)测得复合物中PMMA的重均分子量为84.7×10⁴，多分散系数为2.89。

实施例2

将10gSiO₂倒入90g二甲苯中，充分搅拌，经过超声分散处理后倒入反应器中，搅拌，升温并滴加1g处理剂KH-570，在沸腾状态下恒温反应8h。将处理后的SiO₂悬浮液抽滤，用丙酮洗涤多次后再抽滤干燥，得到固体粉末A。称取5g粉末A，加入45g二甲苯，充分搅拌分散，将配制好的SiO₂悬浮液超声分散。将分散好的SiO₂悬浮液倒入反应器中，氮气保护，加热搅拌。在85℃下加入0.2g的引发剂BPO，待引发剂溶解，用恒压漏斗以3滴/s的速度滴加单体MMA10g。搅拌反应6h结束，将处理后的SiO₂悬浮液离心分离，再以丙酮多次洗涤，抽滤后干燥，得到固体粉末B。将2g粉末B加入到18gMMA单体中，超声分散，并将此悬浮液加入溶液C(溶有0.5％羟乙基纤维素和0.01％十二烷基苯磺酸钠的90ml去离子水)中，以400rpm的速率搅拌。通氮气保护30min后，升温至85℃加入0.36gBPO引发反应8h。将所得产物用清水多次洗涤，抽滤，干燥，得到复合PMMA微球，包装备用。

用光学显微镜观察所得微球，其平均粒径为70μm左右。取1.5g的微球，在索氏提取器中用100ml热丙酮抽提48h，将抽提后烧瓶中PMMA丙酮溶液冷却并向其中加入100ml蒸馏水。将析出的絮状物烘干，用四氢呋喃作溶剂，配成0.005g/ml的溶液。通过凝胶渗透色谱(GPC)测得复合物中PMMA的重均分子量为63.9×10⁴，多分散系数为2.56。

实施例3

将5gSiO₂倒入95g甲苯中，充分搅拌，经过超声分散处理后倒入反应器中，搅拌，升温并滴加5g处理剂KH-570，在沸腾状态下恒温反应7h。将处理后的SiO₂悬浮液抽滤，用丙酮洗涤多次后再抽滤干燥，得到固体粉末A。称取5g粉末A，加入95g二甲苯，充分搅拌分散，将配制好的SiO₂悬浮液超声分散。将分散好的SiO₂悬浮液倒入反应器中，氮气保护，加热搅拌。在75℃下加入0.25g的引发剂BPO，待引发剂溶解，用恒压漏斗以2滴/s的速度滴加单体MMA25g。搅拌反应5h结束，将处理后的SiO₂悬浮液离心分离，再以丙酮多次洗涤，抽滤后干燥，得到得到固体粉末B。将2.5g粉末B加入到47.5gMMA单体中，超声分散，并将此悬浮液加入溶液C(溶有1％羟乙基纤维素和0.05％十二烷基磺酸钠的190ml去离子水)中，以700rpm的速率搅拌。通氮气保护30min后，升温至75℃加入0.48gBPO引发反应7h。将所得产物用清水多次洗涤，抽滤，干燥，得到复合PMMA微球，包装备用。

用光学显微镜观察所得微球，其平均粒径为57μm左右。取1.5g的微球，在索氏提取器中用100ml热丙酮抽提48h，将抽提后烧瓶中PMMA丙酮溶液冷却并向其中加入100ml蒸馏水。将析出的絮状物烘干，用四氢呋喃作溶剂，配成0.005g/ml的溶液。通过凝胶渗透色谱(GPC)测得复合物中PMMA的重均分子量为90.3×10⁴，多分散系数为1.95。

将所得的微球与热凝型牙托水按质量比2∶1进行混合，待到面团期将其填入石膏模型中，在70℃的水中加热1.5h，再快速升温至100℃，保持1h后开模，用280号、400号、800号砂纸对其打磨，所得试样进行拉伸、挠曲及硬度测试。拉伸强度为62.1MPa，挠曲强度为105.8MPa，洛氏硬度为112。

实施例4

将4gSiO₂倒入96g甲苯中，充分搅拌，经过超声分散处理后倒入反应器中，搅拌，升温并滴加4.5g处理剂KH-570，在沸腾状态下恒温反应7h。将处理后的SiO₂悬浮液抽滤，用丙酮洗涤多次后再抽滤干燥，得到固体粉末A。称取4g粉末A，加入96g二甲苯，充分搅拌分散，将配制好的SiO₂悬浮液超声分散。将分散好的SiO₂悬浮液倒入反应器中，氮气保护，加热搅拌。在80℃下加入0.5g引发剂BPO，待引发剂溶解，用恒压漏斗以3滴/s的速度滴加单体MMA40ml。搅拌反应5h结束，将处理后的SiO₂悬浮液离心分离，再以丙酮多次洗涤，抽滤后干燥，得到固体粉末B。将1g粉末B加入到50gMMA单体中，超声分散，并将此悬浮液加入溶液C(溶有0.8％羟乙基纤维素和0.03％十二烷基磺酸钠的200ml去离子水)中，以600rpm的速率搅拌。通氮气保护30min后，升温至75℃加入0.5gBPO引发反应8h。将所得产物用清水多次洗涤，抽滤，干燥，得到复合PMMA微球，包装备用。

将材料制成直径为5mm，厚度为1mm圆片，调磨光滑圆钝。圆片中间用高速手机打两个0.5mm直径小孔，以备缝合固定；灭菌备用。将金黄地鼠麻醉后，翻转两侧颊囊，用眼科针线将事先制备的材料圆片缝于颊囊两侧，每侧两片。缝合固定后观察两周，观察动物有无全身不良反应，另外每日观察圆片接触局部的粘膜反应，有无色泽异常、充血、糜烂、渗出等异常现象。两周后处死动物，局部粘膜作组织切片，HE染色，观察局部粘膜的组织细胞反应。通过两周的观察发现，动物活动正常，饮食正常，试样圆片固定良好，局部黏膜无异常反应如充血、出血、糜烂、溃疡等。组织切片(图2)显示：上皮连续性完好，无溃疡、糜烂，细胞层次清楚，排列均匀。皮下组织疏松，腺体形态规则，细胞排列整齐，结缔组织中无炎细胞浸润，照片显示该材料无口腔粘膜刺激性。

本发明公开和提出的义齿基托聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米复合微球及制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料、工艺参数等环节实现。本发明的产品和方法已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产品进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims

1.一种义齿基托聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米复合微球，其特征是微球为珠状粉末，平均粒径为40～70μm，各组份质量配比为：

聚甲基丙烯酸甲酯 99.9％～90％，

SiO₂ 0.1％～10％。

2.权利要求1的义齿基托聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米复合微球的制备方法，其特征是方法步骤如下：

1)将质量浓度为1～10％的SiO₂甲苯或二甲苯悬浮液搅拌，经过超声分散处理后加入反应器，升温并加相对于SiO₂的质量分数为10～200％处理剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，在沸腾状态下反应6～8h，处理后的SiO₂悬浮液经过抽滤、洗涤和干燥，得到固体粉末A；

2)将质量浓度为1～10％的A的甲苯或二甲苯悬浮液搅拌，经过超声分散处理后加入反应器，氮气保护，在65～85℃条件下加入引发剂过氧化苯甲酰，再以1～3滴/s的速度滴加甲基丙烯酸甲酯单体，搅拌反应4-6h后，冷却至室温；将处理后的SiO₂悬浮液经分离、洗涤和干燥，得到固体粉末B；其中：甲基丙烯酸甲酯单体∶固体粉末A∶引发剂的质量份数为1∶0.05～0.5∶0.005～0.02；

4)在甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体中加入质量分数为0.1～10％B粉末，充分搅拌并进行超声分散，得到悬浮液，将超声分散后的悬浮液和溶液C加入反应器，搅拌速率为400～900rpm；通氮气保护30min后，升温至65～85℃加入相对于MMA的质量分数为0.5～2％的BPO引发聚合5～8h；将所得产物用清水洗涤，抽滤，干燥，得到所需产物；悬浮聚合中水和MMA单体的质量比为3～5。