CN101647756A - 一种用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶 - Google Patents
一种用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种可用作牙根管充填材料的纳米杂化水凝胶。本发明所说的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶由硅烷偶联剂改性的无机纳米颗粒、单体、引发剂和交联剂聚合而成，所说的无机纳米颗粒为ZnO和ZrO2的混合纳米颗粒；所说的单体为酰胺类或酯类水溶性有机化合物。本发明制备的有机/无机纳米杂化水凝胶，有特有的溶胀性能和良好生物相容性，能够彻底消除传统根管材料由于聚合收缩而引起的微隙和冠方渗漏现象；同时，无毒副作用，持久抗菌，便于消毒、使用和去除，X线阻射以便于检查，还具有优异的稳定性和良好的服役行为。此外本发明的凝胶力学性能较传统凝胶材料也有了很大的提高，具有很高的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子聚合物，特别是一种可用作牙根管充填材料的纳米杂化水凝胶。
背景技术
口腔疾病作为常见病和多发病，严重影响人类健康。其中龋病的发病率高达80％，与心脑血管疾病、肿瘤一起被世界卫生组织列为21世纪需要重点防治的三大非传染性疾病，在我国有超过10亿人患有龋病，重症必治患者在6亿以上。牙髓病及根尖周病极易由龋病引起，发病率居高不下，对人体健康产生了极大的危害。根管治疗是进行牙髓病和根尖周病治疗的唯一有效方法，通过对根管进行清理和消毒，并利用充填材料进行严密充填，去除根管内容物对根尖周围组织的不良刺激，可以防止根尖周病变或促进根尖周病变的愈合。根管充填材料是影响根管治疗效果的最为关键的因素。
传统的根管充填材料由牙胶尖和糊剂构成，由于聚合收缩的存在往往在充填材料与根管壁间出现缝隙或者出现冠方渗漏现象，造成根管治疗的失败。而利用高分子水凝胶的溶胀性能有望彻底消除目前使用的根管充填材料存在的这一缺陷。水凝胶是水作溶剂的溶胀交联的亲水性高分子而成的粘弹体，是一种特殊的软湿性材料。自然界中，生物活体组织大部分都是由水凝胶组成，不止是皮肤、眼睛、组织器官，还包括牙齿、骨头和指甲等。人工合成水凝胶材料在物理性质方面比其它任何人工合成材料更像活体组织，因而广泛的应用于医疗及生体组织工程中。水凝胶在医学应用方面有两个明显优点，首先是其扩展特性和对水分子等的透过性，这使得其生物相容性优良；其次，其橡胶般的密度能够减少对周围细胞和组织的机械刺激，即力学相容性良好。
使用有机/无机纳米杂化技术，制备生物相容性优异的有机/无机纳米杂化水凝胶，在提高其力学性能、调节溶胀行为的基础上进一步赋予复合凝胶抗菌功能，可使其满足其作为优质根管充填材料的各项要求。有机/无机杂化纳米复合凝胶作为根管充填材料进行根管治疗，有望彻底解决目前使用的根管充填材料存在的缺陷，进一步提高根管治疗的效果，具有广阔的生产、应用前景。
发明内容
本发明的目的就是解决上述现有技术的缺陷，提供一种用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶，利用该有机/无机纳米杂化水凝胶，解决了充填材料因聚合收缩而引起的与根管壁间出现缝隙或者出现冠方渗漏现象，同时还具有抗菌性能。
本发明的另一个目的是提供所说有机/无机纳米杂化水凝胶的制备方法。
用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶，其由硅烷偶联剂改性的无机纳米颗粒、单体、引发剂和交联剂聚合而成，所说的无机纳米颗粒为ZnO和ZrO2的混合纳米颗粒；所说的单体为酰胺类或酯类水溶性有机化合物。
上述的硅烷偶联剂，为端基带有乙烯基基团的一类硅烷偶联剂，包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷(A174)、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)及乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷(A172)。
上述的ZnO和ZrO2纳米颗粒，其粒径优选范围小于100纳米大于0.1纳米；ZnO和ZrO2混合纳米颗粒中ZnO和ZrO2的重量比为30∶1-100∶1。
上述的酰胺类单体优选丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、等水溶性化合物；酯类单体优选丙烯酸羟乙酯等水溶性化合物。
上述的交联剂优选N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。
上述的引发剂包括水溶性自由基引发剂或光引发剂，其中自由基引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵和过硫酸钠，光引发剂包括α-酮戊二酸。
有机/无机纳米杂化水凝胶，其中改性无机纳米颗粒占凝胶重量的1％-10％，单体质量占凝胶质量的5％-20％，引发剂质量占单体质量的0.2％-5％，交联剂占单体质量的0.2％-10％。
上述用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(3)将硅烷偶联剂在酸性条件下水解，然后加入ZnO、ZrO2纳米颗粒的水悬浮液，调节pH值至9-11，超声条件下反应，反应结束后洗脱未反应的硅烷偶联剂，干燥；
(4)将步骤(1)制得的改性无机纳米颗粒溶于水中，制备改性无机纳米颗粒悬浮液，然后加入单体、引发剂、交联剂及催化剂，在0-20度条件下聚合反应完全。
上述步骤(1)所说的酸性条件优选的方案是控制pH值在3-4；水解液使用乙醇和水的混合液；制得的改性无机纳米颗粒中硅烷偶联剂的质量含量占无机纳米颗粒的1％-10％。
上述的步骤(2)，聚合反应一般在20-30h反应完全，即可得到用于牙根管充填的纳米杂化水凝胶。使用的催化剂可以是N，N，N’，N’-四甲基乙二胺、三乙醇胺、代硫酸钠中的一种，催化剂占单体总质量的0.2％-5％；也可以用紫外光照射的方法进行催化，即利用能够发射紫外光的灯管进行辐射。为了方便作为牙根管充填材料的应用，纳米杂化凝胶的制备在毛细玻璃管中进行。
本发明的有益效果：
本发明方法制备的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶，由于其特有的溶胀性能和良好生物相容性，能够彻底消除传统根管材料由于聚合收缩而引起的微隙和冠方渗漏现象。同时，无毒副作用，持久抗菌，便于消毒、使用和去除，X线阻射以便于检查，还具有优异的稳定性和良好的服役行为。此外本发明的凝胶力学性能较传统凝胶材料也有了很大的提高。本发明使用的制备方法工艺简单、聚合率高、原料选择范围大，具有很高的应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
三口烧瓶中加入200ml乙醇与去离子水的混合液(体积比95∶5)，调pH值至3-4，然后加入50g硅烷偶联剂A174，室温下水解3h。将10g无机纳米颗粒(ZnO∶ZrO2＝50∶1)分散到200ml去离子水中，加入三口烧瓶中，70℃条件下超声1h，然后在30min内缓慢滴加上述水解中制备的硅烷偶联剂溶液5g，之后调节溶液pH值至9-11，70℃超声条件下继续反应3小时。改性结束后用乙醇溶液洗脱未反应的硅烷偶联剂，干燥后得改性无机纳米抗菌粉体。取0.1g改性后的无机纳米粉体，分散到10ml去离子水中，充分搅拌加入0.5g N-异丙基丙烯酰胺，通N230min，加入N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.01g，α-酮戊二酸0.01g，继续搅拌五分钟，然后将溶液注入毛细玻璃管中，0-20℃条件下紫外光引发聚合，制备用于牙根管充填的纳米杂化凝胶。
实施例2
三口烧瓶中加入200ml乙醇与去离子水的混合液(体积比95∶5)，调pH值至3-4，然后加入50g硅烷偶联剂A151，室温下水解3h。将10g无机纳米颗粒(ZnO∶ZrO2＝50∶1)分散到200ml去离子水中，加入三口烧瓶中，70℃条件下超声1h，然后在30min内缓慢滴加步骤上述水解中制备的硅烷偶联剂溶液5g，之后调节溶液pH值至9-11，70℃超声条件下继续反应3小时。改性结束后用乙醇溶液洗脱未反应的硅烷偶联剂，干燥后得改性无机纳米抗菌粉体。取0.1g改性后的无机纳米粉体，分散到10ml去离子水中，充分搅拌加入2g N-异丙基丙烯酰胺，通N2 30min，加入N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.02g，α-酮戊二酸0.02g，继续搅拌五分钟，然后将溶液注入毛细玻璃管中，0-20℃条件下紫外光引发聚合，制备用于牙根管充填的纳米杂化凝胶。
实施例3
三口烧瓶中加入200ml乙醇与去离子水的混合液(体积比95∶5)，调pH值至3-4，然后加入50g硅烷偶联剂A174，室温下水解3h。将10g无机纳米颗粒(ZnO∶ZrO2＝80∶1)分散到200ml去离子水中，加入三口烧瓶中，70℃条件下超声1h，然后在30min内缓慢滴加步骤上述水解中制备的硅烷偶联剂溶液5g，之后调节溶液pH值至9-11，70℃超声条件下继续反应3小时。改性结束后用乙醇溶液洗脱未反应的硅烷偶联剂，干燥后得改性无机纳米抗菌粉体。取1g改性后的无机纳米粉体，分散到10ml去离子水中，充分搅拌加入0.5g N-羟甲基丙烯酰胺，通N230min，加入N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.01g，α-酮戊二酸0.01g，继续搅拌五分钟，然后将溶液注入毛细玻璃管中，0-20℃条件下紫外光引发聚合，制备用于牙根管充填的纳米杂化凝胶。
实施例4
三口烧瓶中加入200ml乙醇与去离子水的混合液(体积比95∶5)，调pH值至3-4，然后加入50g硅烷偶联剂A171，室温下水解3h。将10g无机纳米颗粒(ZnO∶ZrO2＝80∶1)分散到200ml去离子水中，加入三口烧瓶中，70℃条件下超声1h，然后在30min内缓慢滴加步骤上述水解中制备的硅烷偶联剂溶液5g，之后调节溶液pH值至9-11，70℃超声条件下继续反应3小时。改性结束后用乙醇溶液洗脱未反应的硅烷偶联剂，干燥后得改性无机纳米抗菌粉体。取1g改性后的无机纳米粉体，分散到10ml去离子水中，充分搅拌加入2g丙烯酰胺，通N230min，加入N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.02g，α-酮戊二酸0.02g，继续搅拌五分钟，然后将溶液注入毛细玻璃管中，0-20℃条件下紫外光引发聚合，制备用于牙根管充填的纳米杂化凝胶。
实施例5
三口烧瓶中加入200ml乙醇与去离子水的混合液(体积比95∶5)，调pH值至3-4，然后加入50g硅烷偶联剂A174，室温下水解3h。将20g无机纳米颗粒(ZnO∶ZrO2＝100∶1)分散到200ml去离子水中，加入三口烧瓶中，70℃条件下超声1h，然后在30min内缓慢滴加步骤上述水解中制备的硅烷偶联剂溶液10g，之后调节溶液pH值至9-11，70℃超声条件下继续反应3小时。改性结束后用乙醇溶液洗脱未反应的硅烷偶联剂，干燥后得改性无机纳米抗菌粉体。取0.1g改性后的无机纳米粉体，分散到10ml去离子水中，充分搅拌加入0.5g丙烯酸羟乙酯，通N230min，加入N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.01g，过硫酸钾0.01g及12μlN，N，N’，N’-四甲基乙二胺，继续搅拌五分钟，然后将溶液注入毛细玻璃管中，0-20℃条件下聚合30h，制备用于牙根管充填的纳米杂化凝胶。
实施例6
三口烧瓶中加入200ml乙醇与去离子水的混合液(体积比95∶5)，调pH值至3-4，然后加入50g硅烷偶联剂A172，室温下水解3h。将20g无机纳米颗粒(ZnO∶ZrO2＝100∶1)分散到200ml去离子水中，加入三口烧瓶中，70℃条件下超声1h，然后在30min内缓慢滴加步骤上述水解中制备的硅烷偶联剂溶液10g，之后调节溶液pH值至9-11，70℃超声条件下继续反应3小时。改性结束后用乙醇溶液洗脱未反应的硅烷偶联剂，干燥后得改性无机纳米抗菌粉体。取0.1g改性后的无机纳米粉体，分散到10ml去离子水中，充分搅拌加入2g丙烯酸羟乙酯，通N230min，加入N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.02g，过硫酸钾0.02g及12μlN，N，N’，N’-四甲基乙二胺，继续搅拌五分钟，然后将溶液注入毛细玻璃管中，0-20℃条件下聚合30h，制备用于牙根管充填的纳米杂化凝胶。
实施例7
三口烧瓶中加入200ml乙醇与去离子水的混合液(体积比95∶5)，调pH值至3-4，然后加入50g硅烷偶联剂A174，室温下水解3h。将20g无机纳米颗粒(ZnO∶ZrO2＝50∶1)分散到200ml去离子水中，加入三口烧瓶中，70℃条件下超声1h，然后在30min内缓慢滴加步骤上述水解中制备的硅烷偶联剂溶液10g，之后调节溶液pH值至9-11，70℃超声条件下继续反应3小时。改性结束后用乙醇溶液洗脱未反应的硅烷偶联剂，干燥后得改性无机纳米抗菌粉体。取1g改性后的无机纳米粉体，分散到10ml去离子水中，充分搅拌加入0.5g丙烯酸羟乙酯，通N230min，加入N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.01g，过硫酸钾0.01g及12μlN，N，N’，N’-四甲基乙二胺，继续搅拌五分钟，然后将溶液注入毛细玻璃管中，0-20℃条件下聚合30h，制备用于牙根管充填的纳米杂化凝胶。
实施例8
三口烧瓶中加入200ml乙醇与去离子水的混合液(体积比95∶5)，调pH值至3-4，然后加入50g硅烷偶联剂A174，室温下水解3h。将20g无机纳米颗粒(ZnO∶ZrO2＝35∶1)分散到200ml去离子水中，加入三口烧瓶中，70℃条件下超声1h，然后在30min内缓慢滴加步骤上述水解中制备的硅烷偶联剂溶液10g，之后调节溶液pH值至9-11，70℃超声条件下继续反应3小时。改性结束后用乙醇溶液洗脱未反应的硅烷偶联剂，干燥后得改性无机纳米抗菌粉体。取1g改性后的无机纳米粉体，分散到10ml去离子水中，充分搅拌加入2g丙烯酸羟乙酯，通N230min，加入N，N’-亚甲基双丙烯酰胺0.02g，过硫酸钾0.02g及12μlN，N，N’，N’-四甲基乙二胺，继续搅拌五分钟，然后将溶液注入毛细玻璃管中，0-20℃条件下聚合30h，制备用于牙根管充填的纳米杂化凝胶。
Claims (15)
1.用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶，其由硅烷偶联剂改性的无机纳米颗粒、单体、引发剂和交联剂聚合而成，所说的无机纳米颗粒为ZnO和ZrO2的混合纳米颗粒；所说的单体为酰胺类或酯类水溶性有机化合物。
2.如权利要求1所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶，其特征在于：所说的硅烷偶联剂为端基带有乙烯基基团的一类硅烷偶联剂，包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷及乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷。
3.如权利要求1所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶，其特征在于：所说的ZnO和ZrO2混合纳米颗粒中ZnO和ZrO2的重量比为30∶1-100∶1。
4.如权利要求1所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶，其特征在于：所说的ZnO和ZrO2纳米颗粒粒径小于100纳米大于0.1纳米
5.如权利要求1所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶，其特征在于：所说的酰胺类单体是指丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺；酯类单体为丙烯酸羟乙酯。
6.如权利要求1所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶，其特征在于：所说的交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。
7.如权利要求1所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶，其特征在于：所说的引发剂包括水溶性自由基引发剂和光引发剂，其中自由基引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵和过硫酸钠；光引发剂包括α-酮戊二酸。
8.如权利要求1所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶，其特征在于：所说的有机/无机纳米杂化水凝胶中改性无机纳米颗粒占凝胶重量的1％-10％，单体质量占凝胶质量的5％-20％，引发剂质量占单体质量的0.2％-5％，交联剂占单体质量的0.2％-10％。
9.权利要求1-8所述的任一用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将硅烷偶联剂在酸性条件下水解，然后加入ZnO、ZrO2纳米颗粒的水悬浮液，调节pH值至9-11，超声条件下反应，反应结束后洗脱未反应的硅烷偶联剂，干燥；
(2)将步骤(1)制得的改性无机纳米颗粒溶于水中，制备改性无机纳米颗粒悬浮液，然后加入单体、引发剂、交联剂及催化剂，在0-20度条件下聚合反应完全。
10.如权利要求9所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)所说的酸性条件是指控制pH值在3-4；水解液使用乙醇和水的混合液。
11.如权利要求9所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)制得的改性无机纳米颗粒中硅烷偶联剂的质量含量占无机纳米颗粒的1％-10％。
12.如权利要求9所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)使用的催化剂是N，N，N’，N’-四甲基乙二胺、三乙醇胺、代硫酸钠中的一种。
13.如权利要求12所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)使用的催化剂占单体总质量的0.2％-5％。
14.如权利要求9所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(2)用紫外光照射的方法进行催化。
15.如权利要求9所述的用于牙根管充填材料的有机/无机纳米杂化水凝胶的制备方法，其特征在于：纳米杂化凝胶的制备在毛细玻璃管中进行。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |