CN103315915A - 一种牙齿修复与美白材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种牙齿修复与美白材料及其制备方法。该方法包括如下步骤：（1）用磷酸水溶液或过氧化氢与磷酸的混合水溶液浸泡牙釉质或钛片；（2）将经步骤（1）处理后的牙釉质或钛片置于PEO-Ca溶液中；静置后继续加入磷酸根离子和氟离子水溶液，经反应结束后即得到所述材料；所述PEO-Ca溶液为聚氧化乙烯和硝酸钙的水溶液。本发明的制备方法，通过简单的化学方法，在近似人体生理条件（37℃，1atm，pH6.0)的环境中，在离体的人牙釉质表面直接长出了致密的、具有人牙釉质仿生结构的牙齿修复材料。该薄膜状的牙齿修复材料的结构与天然的人牙釉质十分类似，具有磷灰石六棱柱晶体和釉质晶柱微结构，且力学性质与天然的人牙釉质接近，此材料同时具有提升牙齿白度的功用。

Description

一种牙齿修复与美白材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种牙齿修复与美白材料及其制备方法。
背景技术
釉质是人类牙齿最外层的部分，厚度为1～2mm。作为脊椎动物界最硬的矿化组织，釉质发挥着切割、磨碎食物的作用。但是由于自然磨损、酸性细菌腐蚀、年龄增长等原因，龋齿或者其它釉质损伤疾病是非常普遍的。严重的龋齿不仅仅是釉质损伤，还会影响健康，降低生活质量。研究表明，龋面中的细菌可能会随着血液循环到达人体各处，从而诱发心脏病、动脉硬化、糖尿病、妊娠综合症等多种疾病。
预防龋齿发展最好的方法就是在出现早期浅龋面时就做出适当处理。目前口腔临床普遍应用的治疗早期龋齿的方法是，机械除去损伤的部位，然后填上合金或树脂类材料，视情况可能会再加上合金牙冠或者陶瓷牙冠。这种方法的缺点在于：一、树脂、合金、陶瓷等的理化性质与牙齿本身不同，生物相容性不好，力学性质也达不到釉质本身的强度；二、机械处理的步骤会除去一些没有感染的健康的釉质部分，反而使龋洞变大，使天然釉质部分减少。所以，找到一种具有良好生物相容性的牙科修复材料或者找到一种可以完美修复釉质损伤的方法，吸引着众多的科学工作者。
釉质的主要成分（体积95%以上）是含有碳酸根的部分氟化了的羟基磷灰石-FHA(fluoridated hydroxyapatite)。六棱柱状磷灰石晶体（直径约25～100nm）沿着c轴紧密平行排列，相邻的晶体又构成了直径约5μm米的高度有序的团簇状结构—晶柱（enamelprism）。这种高度有序的结构决定了釉质具有超凡的力学性质和抗磨损能力。同时，由于釉质基本上是无机生物矿物，通过单纯的化学的而非细胞的方法来修复或再生釉质是可能的。
牙齿美白是现代人对于牙齿健康方面关心的很大一部分。由于吸烟、饮酒、药物使用、遗传因素等原因，许多人对自己牙齿的颜色并不满意。现在的美白方法主要有过氧化物美白法、部分替代法等，这些方法对牙齿都具有一定程度的损伤，而且部分牙齿美白的方法没有办法起到长久持续的作用。因此，研究牙齿美白的方法具有非常重要的临床意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种牙齿修复与美白材料及其制备方法。
本发明所提供的一种牙齿修复与美白材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）用磷酸水溶液或过氧化氢与磷酸的混合水溶液浸泡牙釉质或钛片；
（2）将经步骤（1）处理后的牙釉质或钛片置于PEO-Ca溶液中；静置后继续加入磷酸根离子和氟离子水溶液，经反应结束后在所述牙釉质或钛片上即得到所述材料；
所述PEO-Ca溶液为聚氧化乙烯和硝酸钙的水溶液。
上述的制备方法中，步骤（1）中，所述磷酸水溶液的质量百分含量可为37～85%如85%；
所述过氧化氢与磷酸的混合水溶液中，过氧化氢的摩尔浓度可为4.9～7.8mol/L，磷酸的摩尔浓度可为2.9～7.3mol/L；
所述浸泡的时间可为15～60s，如30s。
上述的制备方法中，所述过氧化氢与磷酸的混合水溶液由质量百分含量可为85%的磷酸水溶液和质量百分含量可为30%的双氧水以体积比可为1：1～4混合得到。
上述的制备方法中，步骤（2）中，所述PEO-Ca溶液的pH值可为6.0～7.5，如7.0；
所述PEO-Ca溶液中，所述聚氧化乙烯与所述硝酸钙的摩尔比可为1.0：200～1600，如1.0：1200或1.0：1600。
上述的制备方法中，所述PEO-Ca溶液中，所述聚氧化乙烯的摩尔浓度可为1.0×10-5mol/L～1.0×10-3mol/L，具体可为2.78×10-4mol/L或3.13×10-4mol/L，所述硝酸钙的摩尔浓度可为0.2～1.6mol/L，具体可为0.44mol/L或0.375mol/L；
所述聚氧化乙烯的平均分子量为50000～900000。
上述的制备方法中，所述磷酸根离子和氟离子水溶液中的磷酸根离子可来自NaH2PO4、KH2PO4、Na2HPO4或K2HPO4；
所述磷酸根离子和氟离子水溶液中的氟离子可来自NaF、KF或NH4F。
所述磷酸根离子和氟离子水溶液中，所述磷酸根离子的摩尔浓度可为0.2～1.5mol/L，如1.0mol/L，所述氟离子的摩尔浓度可为0.17～0.50mol/L，如0.33mol/L；
上述的制备方法中，步骤（2）中，所述聚氧化乙烯、所述硝酸钙、所述磷酸根离子与所述氟离子的摩尔比可为1：800～1600：600～1600：160～240，具体可为1：1600：960：320或1：1200：720：240。
上述的制备方法中，步骤（2）中，所述反应可在35～40℃的条件下进行3～15天。
本发明进一步提供了由上述制备得到的牙齿修复与美白材料。
本发明还提供了聚氧化乙烯在调控羟基磷酸钙和氟磷酸钙晶体生长中的应用
本发明提供的制备方法，通过简单的化学方法，在近似人体生理条件（37℃，1atm,pH6.0)的环境中，在离体的人牙釉质表面直接长出了致密的、具有人牙釉质仿生结构的牙齿修复材料。该薄膜状的牙齿修复材料的结构与天然的人牙釉质十分类似，具有磷灰石六棱柱晶体和釉质晶柱微结构，且力学性质与天然的人牙釉质接近，此材料同时具有提升牙齿白度的功用。本发明的牙齿修复材料的制备方法条件温和、过程简单、原料便宜，具有临床应用价值，所制备的牙齿修复材有望替代现有的牙齿修复材料来修补龋齿或其它牙科疾病造成的釉质损伤，在牙齿美白方面可以发挥作用，也可以作为窝沟封闭材料用于龋齿的预防。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的修复材料（再生釉质层）表面形貌的SEM图像。
图2为本发明实施例1制备的修复材料以钛片为基底的表面形貌及时间变化SEM图像。
图3为本发明实施例1制备的材料的XRD谱图，其中，曲线a表示PEO溶液中的晶体的XRD谱图，曲线b表示本发明制备的修复材料的XRD谱图，曲线c表示天然牙釉质的XRD谱图。
图4为实施例1制备的材料的EDS谱图。
图5为本发明实施例1制备的修复材料的美白效果图。
图6为本发明实施例1制备的修复材料的美白数据。
图7为本发明实施例2制备的修复材料的SEM图像。
图8为本发明实施例2制备的修复材料的EDS谱图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、制备牙科修复材料
取离体的人类磨牙或智齿，用低速金刚石切割机的锯片侧面轻轻打磨釉质表面，将釉质部分切下来。用质量百分含量为85%的磷酸水溶液处理上述牙釉质30s，用去离子水冲掉残余的酸液，待用。
称取15.00g聚氧化乙烯（PEO，其平均分子量为300000）加约100mL去离子水，电磁搅拌溶解制成PEO溶液。另称取236.00g Ca(NO3)2·4H2O加入约800mL去离子水，1000mL容量瓶定容，得到Ca(NO3)2溶液。取10mL PEO溶液，加入8mL Ca(NO3)2溶液，再加入7.2mL水，玻璃棒搅匀得到PEO-Ca溶液，其pH值为7.0，其中聚氧乙烯与硝酸钙的摩尔比为1：1600，聚氧乙烯的摩尔浓度为2.78×10-4mol/L，硝酸钙的摩尔浓度为0.44mol/L。
称取136.00g KH2PO4和31.33g KF·2H2O，于1000mL容量瓶中定容，得到磷酸根离子和氟离子溶液，其中，磷酸根离子的摩尔浓度为1.0mol/L，氟离子的摩尔浓度为0.33mol/L。
量取上述配制的PEO-Ca溶液18mL，将用质量百分含量为85%的磷酸水溶液处理过的牙釉质置于其中，放置3min。再滴加上述磷酸根离子和氟离子溶液4.8mL，将反应体系用封口膜封口，置于37℃的超级恒温水浴中，反应4天，该反应体系中，聚氧化乙烯、硝酸钙、磷酸根离子与氟离子的摩尔比为1：1600：960：320。
取出反应后的牙釉质，用去离子水冲洗三遍，空气中自然晾干，得到再生牙釉质（即本发明的修复材料）。
本实施例制备的再生釉质层表面形貌的典型SEM图像如图1所示，其中，图1（a）的标尺为10.0μm，图1（b）的标尺为3.0μm，图1（c）的标尺为1.0μm，图1（d）的标尺为5.0μm。从图1（a）中可以看出晶体紧密地排布在磷酸处理过的牙齿表面；图1（b）进一步表明形体的形态；放大倍数更高的图1（c）则清楚地显示出直径为1.0μm左右的典型的磷灰石晶体的六边形横截面；从图1（d）可以看出，经过超声处理晶体依然存在于牙齿表面，体现出晶体与基地之间具有一定程度的结合，而不是简单的晶体堆积。
图2表示了使用该方法以钛片为基底的生长过程及最终结果，从图2a到图2f的时间分别为，30分钟，1小时，2小时，4小时，24小时和96小时。氟羟基磷灰石晶体单体形态如图2f，在钛片及牙釉质上生长位点分布完全则状态如图2f。
本实施例制备的牙釉质再生层的化学组成用X射线衍射（XRD）和X-射线电子能谱（EDS）进行表征，再生前后的XRD谱图如图3所示，从图中可以看出，采用本发明方法制备的牙釉质再生层的XRD谱图主要的强峰和羟基磷灰石的XRD图谱相吻合；强度很大的002峰和004峰说明晶面与釉质表面平行，即晶体是沿着c轴方向生长的，再生后的牙釉质与天然牙釉质结构类似。
EDS结果（图4）表明，牙釉质再生层中的Ca/P比为1.60，该Ca/P比很接近羟基磷灰石（HA）或氟磷灰石（FA）中的Ca/P比—1.67，由于EDS分析手段本身的误差，结果偏小属于正常的。
对本实施例制备的再生牙釉质进行3500μN载荷控制纳米压痕测试，探头以同样大小的力压入，力学强度大的压入的深度小，3500μN载荷控制纳米压痕测试的结果如表1所示，再生牙釉质层的弹性模量和硬度都已经接近天然釉质。
表1本实施例的再生牙釉质的表面力学性质测试结果
Figure BDA00003377653700051
本实施例制备的修复材料的白度变化使用Olympus CrystalEye CE100-DC/EU进行测定，使用LAB体系，通常临床中delta E的大于等于1即可体现出牙齿白度的变化。实验中，PEO处理的牙齿delta E变化为3.67，过氧化氢处理组的变化为3.47，两者效果接近。图3展示了直观的白度变化数据，其中图5（a）和图5（b）为PEO处理组，图5（c）和图5（d）是过氧化氢处理对照组，其中，图5（a）为PEO处理前的照片，图5（b）为PEO处理后的照片，图5（c）为过氧化氢处理前的照片，图5（d）为过氧化氢处理后的照片。对材料进行连续两次处理，也可以观察到白度的连续变化，数据表示在图6中，两个样品。
实施例2、制备牙科修复材料
称取15.00g聚氧化乙烯（PEO，其平均分子量为50000～900000，具体可为300000）加约100mL去离子水，电磁搅拌溶解制成PEO溶液。另称取236.00g Ca(NO3)2·4H2O加入约800mL去离子水，1000mL容量瓶定容，得到Ca(NO3)2溶液。取10mL PEO溶液，加入6mL Ca(NO3)2溶液，再加入7.2mL水，玻璃棒搅匀得到PEO-Ca溶液，其pH值为（6.0-7.5具体可为7.0），其中聚氧乙烯与硝酸钙的摩尔比为1：1200，聚氧乙烯的摩尔浓度为3.13×10-4mol/L，硝酸钙的摩尔浓度为0.375mol/L。
称取136.00g KH2PO4和31.33g KF·2H2O，于1000mL容量瓶中定容，得到磷酸根离子和氟离子溶液，其中，磷酸根离子的摩尔浓度为1.0mol/L，氟离子的摩尔浓度为0.33mol/L。
量取上述配制的PEO-Ca溶液16mL，将用质量百分含量为85%的磷酸水溶液处理过的牙釉质置于其中，放置3min。再滴加上述磷酸根离子和氟离子溶液3.6mL，将反应体系用封口膜封口，置于37℃的超级恒温水浴中，反应4天，该反应体系中，聚氧化乙烯、硝酸钙、磷酸根离子与氟离子的摩尔比为1：1200：720：240。
取出反应后的牙釉质，用去离子水冲洗三遍，空气中自然晾干，得到再生牙釉质。
本实施例制备的修复材料的SEM图像如图7所示。
本实施例制备的修复材料的EDS谱图如图8所示，结果表明，牙釉质再生层中的Ca/P比为1.63，该Ca/P比很接近羟基磷灰石（HA）或氟磷灰石（FA）中的Ca/P比—1.67，由于EDS分析手段本身的误差，结果偏小属于正常的。

Claims (10)

1.一种牙齿修复与美白材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）用磷酸水溶液或过氧化氢与磷酸的混合水溶液浸泡牙釉质或钛片；
（2）将经步骤（1）处理后的牙釉质或钛片置于PEO-Ca溶液中；静置后继续加入磷酸根离子和氟离子水溶液，经反应结束后即得到所述材料；
所述PEO-Ca溶液为聚氧化乙烯和硝酸钙的水溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述磷酸水溶液的质量百分含量为37～85%；
所述过氧化氢与磷酸的混合水溶液中，过氧化氢的摩尔浓度为4.9～7.8mol/L，磷酸的摩尔浓度为2.9～7.3mol/L；
所述浸泡的时间为15～60s。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述过氧化氢与磷酸的混合水溶液由质量百分含量为85%的磷酸水溶液和质量百分含量为30%的双氧水以体积比为1：1～4混合得到。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述PEO-Ca溶液的pH值为6.0～7.5；
所述PEO-Ca溶液中，所述聚氧化乙烯与所述硝酸钙的摩尔比为1.0：200～1600。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述PEO-Ca溶液中，所述聚氧化乙烯的摩尔浓度为1.0×10-5mol/L～1.0×10-3mol/L，所述硝酸钙的摩尔浓度为0.2～1.5mol/L；
所述聚氧化乙烯的平均分子量为50000～900000。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述磷酸根离子和氟离子水溶液中的磷酸根离子来自NaH2PO4、KH2PO4、Na2HPO4或K2HPO4；
所述磷酸根离子和氟离子水溶液中的氟离子来自NaF、KF或NH4F；
所述磷酸根离子和氟离子水溶液中，所述磷酸根离子的摩尔浓度为0.2～1.5mol/L，所述氟离子的摩尔浓度为0.17～0.50mol/L。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述聚氧化乙烯、所述硝酸钙、所述磷酸根离子与所述氟离子的摩尔比为1：800～1600：600～1600：160～240。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述反应在35～40℃的条件下进行3～15天。
9.权利要求1-8中任一项所述方法制备的牙齿修复与美白材料。
10.聚氧化乙烯在调控羟基磷酸钙和氟磷酸钙晶体生长中的应用。
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