CN102028552A

CN102028552A - 一种牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层制备方法

Info

Publication number: CN102028552A
Application number: CN2010105625218A
Authority: CN
Inventors: 陈新梅; 王盼盼; 郭蓝; 李鑫; 申思敏; 黄定明; 尹仕海; 郝玉庆
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2030-11-29
Also published as: CN102028552B

Abstract

本发明公开了一种牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层制备方法，涉及利用电化学方法在龋坏、敏感牙本质表面制备具有一定形貌和结构的仿生羟基磷灰石涂层的方法，其步骤为先将牙本质样品进行预处理，再将牙本质样品进行脱蛋白处理，之后将样品放入电解质凝胶中进行电解，电解质凝胶包括钙磷溶液、猪成釉蛋白、羟甲基纤维素，pH值为5.5-7.4，处理温度为30-55℃，电流密度为0.3-2MA/cm²，处理时间为30min-1h，利用本发明能制备厚度约为2-20μm的仿生涂层，该涂层与天然釉质有着相似优良的机械性能，且与底层牙本质结合紧密，该涂层具有较高硬度和良好耐磨性，能对早期牙本质龋进行修复，堵塞牙本质小管，缓解牙本质敏感。

Description

一种牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层制备方法

技术领域

本发明涉及一种羟基磷灰石涂层制备方法，尤其是涉及一种在牙本质表面制备仿生羟基磷灰石涂层的方法。

背景技术

牙齿由牙釉质、牙本质、牙骨质和牙髓四部分组成，牙本质是构成牙齿的主体部分，位于牙釉质和牙骨质的内层，色淡黄，钙化程度和硬度比釉质低，比骨组织稍高，其中央的髓腔内充满牙髓组织，它由基质和牙本质小管组成，无机盐类约70％，主要为羟基磷灰石，有机物约占30％，主要是胶原蛋白。

发生在牙本质的疾病以龋坏和牙本质敏感最为常见。牙本质龋坏主要表现为根面龋，我国65-74岁老人的根龋患病率为63.6％。牙本质敏感是指暴露的牙本质对外界刺激产生短而尖锐的疼痛。除了进食冷热酸甜食物时会产生酸痛症状之外，牙本质敏感还会阻碍患者进行日常口腔卫生护理，进而产生牙周病，龋病甚至失牙等严重后果。这两种疾病都是由于牙本质表层的牙骨质或牙釉质流失，硬度较低的牙本质暴露于口腔环境中而导致。随着我国进入老龄化社会，它们的患病率都呈上升趋势。

羟基磷灰石晶体为六方晶系，摩尔比[Ca]/[P]＝1.67，在牙釉质中含量达97％，它独特的排列使牙釉质具备耐磨、耐酸等良好的机械性能，成为人体最坚硬的组织。釉质再生是这两种疾病的最好解决方法。

目前，有采用树脂、银汞等修复方法进行修复，但是这些方法需要去除部分健康牙体组织，获得较好的固位，对早期病变并不适合。学者们也采用局部涂布药物等保守方法，如氟，因为氟可以诱导羟基磷灰石晶体生长，生成排列更加整齐，稳定性更强的氟化羟基磷灰石，然而氟的毒副作用也屡见报道。

目前，还有多种方法可以用于合成类似釉质的羟基磷灰石涂层，如水热法、溶胶-凝胶法、激光熔覆法、仿生法等，但这些方法有的需要在高温高压或苛刻的PH环境下进行，有的需要长达十几天的反应时间。

电沉积合成类似釉质的羟基磷灰石涂层已有报道，它是带电离子在电场作用下定向运动，在电极表面富集并快速形核长大，最终形成羟基磷灰石涂层。除了能够在不规则物体上形成涂层以外，它可在相对温和的压力、温度和PH值下反应，还可以通过调整反应条件来控制涂层的厚度、结构等。为了提高生物相容性，实现骨与种植体更好的结合，电沉积羟基磷灰石涂层在牙科种植体、骨组织工程得到了广泛应用。

在修复牙釉质方面，申请号为200610135257.3、发明名称为《牙釉质表面羟基磷灰石修复涂层电化学制备方法》的中国专利，公开了一种采用电化学沉积的方法，在牙釉质表面形成羟基磷灰石涂层的技术，该发明利用钙磷电解液，利用电化学的方法，形成了与牙釉质结合紧密的羟基磷灰石涂层。但是，牙本质与牙釉质在结构和成分上差别很大，釉质有机物成分很少，由无数密集的釉柱和少量柱间质组合而成，而牙本质矿化程度比釉质稍低，有机物约占30％左右，由基质和牙本质小管组成，牙本质小管中有来自造牙本质细胞的细胞突和牙本质小管液，藉此以进行营养代射，所以该专利申请所采用的方法不能在牙本质上实现仿生羟基磷灰石涂层的制备。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的间题，提供一种在牙本质表面形成仿生羟基磷灰石涂层从而实现修复牙本质龋及缓解牙本质敏感的方法。

本发明采用的技术方案是这样的：一种牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层制备方法，制备步骤为：

A、将牙本质样品放入酸性预处理液进行预处理，所述酸性预处理液的pH值为1.8-4.5，再将牙本质样品放入次氯酸钠溶液中，进行脱蛋白处理，所述脱蛋白处理温度为20-30℃。

B、将经过A步骤处理后的牙本质样品放入电解质凝胶中进行电解，所述电解质凝胶包括钙磷溶液、猪成釉蛋白和羟甲基纤维素，电解质凝胶的pH值为5.5-7.4，处理温度为30-55℃，处理时间为30min-1h，电流密度为0.3-2MA/cm²。

作为优选：A步骤中所述的牙样品为冠部或牙根部片状牙本质样品。

作为优选：A步骤中所述的酸性预处理液为质量分数6％柠檬酸溶液，处理时间为2min；或质量分数37％的磷酸溶液，处理30s-60s；或50mmol/L的醋酸溶液，37℃恒温处理96h-168h。

作为优选：A步骤中次氯酸钠溶液为质量分数为10％的次氯酸钠溶液。

作为优选：B步骤中，电解时采用双电极体系，阳极采用铂金属。

作为优选：B步骤中所述的钙磷溶液由含钙制剂和含磷直接组成，钙磷元素的摩尔比为1.67∶1，含钙制剂为硝酸钙或氯化钙，含磷制剂为磷酸二氢氨或磷酸二氢钾，钙离子质量浓度为0.01％-0.04％，猪成釉蛋白的质量浓度为0.04％-0.1％，最后加入质量浓度为6％的羟甲基纤维素形成电解质凝胶。

作为进一步优选：B步骤中所述猪成釉蛋白为猪成釉蛋白rP172或猪成釉蛋白rP148。

本发明所涉及的反应如下：

2H₂O+2e-→H₂↑+2OH

OH^-+H₂PO₄ ^-→HPO₄ ^2-+H₂O

HPO₄ ^2-+OH^-→PO₄ ^3-+H₂O

5Ca²⁺+3PO₄ ^3-+OH^-→Ca₅(PO₄)₃(OH)

本发明在牙本质修复中引入电场，可使带电离子向阴极(牙本质)表面移动，增加阴极附近的pH值，有助于钙磷离子在阴极附近过饱和以及成釉蛋白的自组装，进而促进晶体的有序形成。实验表明pH＝5.5-7.4时能在充当牙本质的阴极直接得到无杂质的羟基磷灰石晶体。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：利用本发明能制备厚度约为2-20um的仿生涂层，由于适当含量的猪成釉蛋白的加入，涂层由择优取向生长的羟基磷灰石晶体和部分有机物组成，与天然釉质有着相似的优良的机械性能，且与底层牙本质结合紧密，该涂层具有较高硬度和良好耐磨性，能对早期牙本质龋进行修复，堵塞牙本质小管，缓解牙本质敏感。

附图说明

图1为经37％磷酸处理30s后的牙本质表面扫描电镜图；

图2为本发明的电化学反应装置；

图3为经6％柠檬酸处理2min后的牙本质表面扫描电镜图；

图4-6为不同条件下制备的牙本质仿生羟基磷灰石涂层表面形貌；

图7是用含不同浓度猪成釉蛋白rP172：0，10，50，70，100ug/mL的凝胶电沉积后牙本质样品的XRD谱图，横坐标为2-θ。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层的制备过程为：

A、将牙根部片状牙本质样品放入质量分数37％的磷酸溶液中进行预处理，处理30s，处理后的牙本质表面扫描电镜图见图1，再将牙本质样品放入质量分数为10％次氯酸钠溶液中，进行脱蛋白处理，所述脱蛋白处理温度为20℃。B、将经过A步骤处理后的牙本质样品放入电解质凝胶中进行电解。将75.6毫克硝酸钙溶于蒸馏水中，配制成浓度为3.2×10^-3M的溶液，再将22mg的磷酸二氢氨溶于蒸馏水中，配制成1.96×10^-3M的溶液，按照钙磷摩尔比1.67将含钙含磷溶液混合，钙离子质量浓度为0.01％，然后加入质量比为0.04％的猪成釉蛋白rP172，用NaOH将溶液PH值调节成6.5，之后加入质量分数为6％的羟甲基纤维素，得到仿生电解凝胶。将牙套装置改装成电解离装置，参见图2，包括电解槽、电源4和片状牙本质样品6；电解槽包括三部分：牙套颊侧为辅助电极1，内侧为金属工作电极2、中间为丙烯酸酯类材料3(不导电，易成型，无毒无害)。在牙套内装入仿生电解凝胶5，将片状牙本质样品6放置于金属工作电极2上，连通恒电流源4进行电解，处理温度为40℃，电流密度为0.3MA/cm2，处理时间为1h后表面生成针状羟基磷灰石涂层7覆盖在片状牙本质样品6上，该涂层能与牙本质结合紧密，堵塞牙本质小管并具有较好的机械性能。。

最后得到的牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层的厚度为10um，得到的牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层的表面形貌见图4。

实施例2

本实施例牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层的制备过程为：

A、将牙冠部片状牙本质样品放入6％柠檬酸溶液中进行预处理，处理2min，处理后的牙本质表面扫描电镜图见图2，再将牙本质样品放入质量分数为10％次氯酸钠溶液中，进行脱蛋白处理，所述脱蛋白处理温度为30℃。

B、将经过A步骤处理后的牙本质样品放入电化学装置中进行电解，将133.2毫克氯化钙溶于蒸馏水中，配制成浓度为1.2×10^-3M的溶液，再将125.4毫克的磷酸二氢钾溶于蒸馏水中，配制成0.72×10^-3M的溶液，按照钙磷摩尔比1.67将含钙含磷溶液混合，钙离子质量浓度为0.04％，然后加入0.1％猪成釉蛋白rP172，用NaOH将溶液PH值调节成7.2，之后加入质量分数为6％的羟甲基纤维素形成凝胶，作为仿生电解凝胶。将牙本质样品置于同实例1的装置中，电解质凝胶的pH值为7.2，处理温度为55℃，电流密度为1MA/cm²，处理1h。

最后得到的牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层的厚度为20um，见图5。

实施例3

本实施例牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层的制备过程为：

A、将牙冠部片状牙本质样品放入质量分数37％的磷酸溶液中进行预处理，处理60s，再将牙本质样品放入质量分数为10％次氯酸钠溶液中，进行脱蛋白处理，所述脱蛋白处理温度为30℃。

B、将经过A步骤处理后的牙本质样品放入电解质凝胶中进行电解。取氯化钙55.5毫克溶于蒸馏水中，配制成浓度为2.5×10^-2mol/L的溶液，再取磷酸二氢钾40.8毫克溶于蒸馏水中，配制成浓度为1.5×10^-2mol/L的溶液，按照钙磷摩尔比1.67将含钙含磷溶液混合，钙离子浓度为0.3％，然后加入0.07％猪成釉蛋白rP148，用NaOH将溶液PH值调节成5.5，之后加入质量分数为6％的羟甲基纤维素形成凝胶，作为仿生电解凝胶。将牙本质样品置于同实例1的装置中，处理温度为45℃，处理时间为45min，电流密度为0.7MA/cm²。

最后得到的牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层的厚度为6um，见图6。

实施例4：

本实施例是用含不同浓度猪成釉蛋白rP172：0，10，50，70，100mg/mL的凝胶，其余制备条件与实施例1一致，电沉积后牙本质样品的XRD谱图见图7，对照羟基磷灰石的标准卡片可知，涂层的主要成分还是羟基磷灰石晶体，而(002)晶面衍射峰的相对强度的变化说明羟基磷灰石晶体在形成涂层的过程中具有一定的择优取向，提示形成的羟基磷灰石涂层晶体结构与牙釉质相似，涂层与牙本质结合良好，具备良好的硬度和耐磨等机械性能。猪成釉蛋白rP172的加入并未明显改变羟基磷灰石的晶体构象，但是加入猪成釉蛋白rP172后，2θ16-22处峰值的增加表示有更微小晶体颗粒的形成，这些微小晶体颗粒有助于提高涂层的机械性能。

Claims

1.一种牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层制备方法，其特征在于：制备步骤为：

A、将牙本质样品放入酸性预处理液进行预处理，所述酸性预处理液的pH值为1.8-4.5，再将牙本质样品放入次氯酸钠溶液中，进行脱蛋白处理，所述脱蛋白处理温度为20-30℃；

2.根据权利要求1所述牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层制备方法，其特征在于：A步骤中所述的牙样品为冠部或牙根部片状牙本质样品。

3.根据权利要求1所述牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层制备方法，其特征在于：A步骤中所述的酸性预处理液为质量浓度6％柠檬酸溶液，处理时间为2min；或质量浓度37％的磷酸溶液，处理30s-60s；或50mmol/L的醋酸溶液，37℃恒温处理96h-168h。

4.根据权利要求1所述牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层制备方法，其特征在于：A步骤中次氯酸钠溶液为质量浓度为10％的次氯酸钠溶液。

5.根据权利要求1所述牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层制备方法，其特征在于：B步骤中，电解时采用双电极体系，阳极采用铂金属。

6.根据权利要求1所述牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层制备方法，其特征在于：B步骤中所述的钙磷溶液由含钙制剂和含磷直接组成，钙磷元素的摩尔比为1.67∶1，含钙制剂为硝酸钙或氯化钙，含磷制剂为磷酸二氢氨或磷酸二氢钾，钙离子质量浓度为0.01％-0.04％，猪成釉蛋白的质量浓度为0.04％-0.1％，最后加入质量浓度为6％的羟甲基纤维素形成电解质凝胶。

7.根据权利要求6所述牙本质表面仿生羟基磷灰石涂层制备方法，其特征在于：B步骤中所述猪成釉蛋白为猪成釉蛋白rP172或猪成釉蛋白rP148。