CN103919686A - 一种牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料及其制备方法，所述的复合材料由纳米羟基磷灰石和树脂基体构成，其质量构成为：纳米羟基磷灰石占45%～65%，树脂基体占35%～55%。所述的纳米羟基磷灰石中含有纳米羟基磷灰石质量的2%的粉末状的氟化钠。本发明之纳米羟基磷灰石复合材料与现有的材料相比，具有机械物理性能较强、生物相容性良好、生物学活性优异等优点，满足了牙科修复材料仿生学的要求，可用于牙体缺损的修复。将克服目前牙科修复材料对牙髓刺激性强、与牙齿结合力弱等缺陷，为牙体病临床治疗带来新的突破，具有广阔的市场前景。本发明之纳米羟基磷灰石复合材料的制备方法制成的纳米羟基磷灰石复合材料使用效果好。

Description

一种牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料及其制备方法

技术领域

本发明提供了一种口腔科修复材料，特别涉及一种牙体修复用纳米羟基磷灰石生物活性材料。

背景技术

修复材料是牙科领域研究的重点内容之一，尽管目前使用的修复材料的化学、机械物理学和生物学性能得到显著提高，但与牙体硬组织性能相近且具有生物活性的牙体缺损修复材料仍然未能应用于临床。

牙齿是由有机分子构成的连续相和弥散其中的羟基磷灰石(hydroxyapatite，HA)晶体所组成的机体中最硬的组织，具有不可再生性。HA是一种钙磷酸盐六面结构体，属表面活性物质，是骨骼和牙齿中的主要无机成分。HA的人工合成始于上世纪七十年代中期，早期仅用于牙槽嵴增高，此后随着对其良好的生物相容性及骨引导作用研究的深入，人们逐渐认识到HA对临床医学的巨大作用，其应用范围越来越广泛，制作工艺也越来越科学和先进，成为目前生物材料科学领域研究的重点课题。

　许多研究已证实HA是一种无毒、无致癌作用且具有良好生物活性和生物相容性的生物材料，植人人体后能与骨组织形成很强的化学结合，对组织无刺激和排斥作用，是理想的硬组织替代材料，广泛应用于骨缺损修复和眼科、齿科等领域。

纳米技术自上世纪90年代以来得到迅速发展，纳米粒子具有表面效应、小尺寸效应和较强的离子交换能力。纳米HA（nano-hydroxyapatite，NHA）不仅具有天然材料的结构和特点，而且比普通的HA具有更强的生物活性，因此NHA的制备及医学应用研究越来越受到广泛关注。NHA与牙釉质中的HA晶体在结构和组成上极其相似，近几年在牙科领域的应用逐渐增多。有报道称在根尖诱导形成术中，HA能诱导根尖形成；用于盖髓术和牙髓切断术，HA能诱导形成牙本质桥；在牙周病的治疗中，HA可促进牙周组织新生；含NHA牙膏对人牙早期龋有明显的再矿化作用；将NHA加入到光固化口腔正畸粘结剂中，可以显著提高粘接强度；NHA作为根充糊剂用于根管充填，不良反应明显较轻；NHA对口腔细菌如变形链球菌、粘性放线菌等具有抑制作用。NHA结合了生物材料和纳米材料的优点，具有了多种性能，从而在生物医学领域得到广泛研究和应用。

按仿生学观点，所设计的材料在宏观及微观上与天然牙硬组织越相似，材料的性能就越优异。人工合成出与人牙体硬组织在无机质组成、晶体结构、形貌特征、特定的活性基团及微量元素含量等方面相似的NHA牙齿修复材料，不仅符合仿生学原理，而且可充分发挥其生物学活性，有助于促进牙齿再矿化和增强防龋能力。

许多研究证实，虽然HA生物材料的成分接近于牙齿无机质，具有优良的生物相容性和生物活性，但其自身强度低、脆性大、韧性及力学性能差等缺陷限制了其临床的广泛应用，尤其是难以满足作为牙科修复材料的要求。所以，尽管HA在牙科领域的应用越来越广，但作为修复材料的研究一直未能取得突破。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料，它是具有较强的机械物理性能的生物活性材料，以用于牙体缺损的修复。

本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料的制备方法。

本发明是这样实现的，一种牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料，所述的复合材料由纳米羟基磷灰石和树脂基体构成，其质量构成为：纳米羟基磷灰石占45%~65%，树脂基体占35%~55%。

所述的纳米羟基磷灰石中含有纳米羟基磷灰石质量的2%的粉末状的氟化钠。

所述的纳米羟基磷灰石，是将水热合成的纳米羟基磷灰石加入到质量百分比浓度为1%的KH-570硅烷偶联剂水溶液中，用搅拌机充分搅拌后，放入烘干箱中烘干，在研钵中研磨成细粉末并过筛后的纳米羟基磷灰石。

所述的树脂基体由双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯和双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯构成，按质量计，两者的配比为，双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯：双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯=7：3。

所述的树脂基体内还含有树脂基体质量的1.0%的樟脑醌、树脂基体质量的2.0%的丙酮和树脂基体质量的1.0%的甲基丙烯酸二甲胺基乙酯。

一种牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料的制备方法，所述的方法是，

a、水热合成纳米羟基磷灰石：将化学纯Ca(NO₃)·4H₂O和化学纯（NH4)₃PO₄分别用蒸馏水配制成浓度为0.5mol/L的Ca(NO₃)·4H₂O溶液和浓度为0.3mol/L的（NH4)₃PO₄溶液；将Ca(NO₃)·4H₂O溶液放入反应釜中加热至70℃，在连续高速搅拌下，缓慢将与Ca(NO₃)·4H₂O溶液体积相同的（NH4)₃PO₄溶液滴入到Ca(NO₃)·4H₂O溶液中，再用浓氨水将反应釜内液体的pH值调节在10~10.5之间；4小时后，将反应釜内液体的温度升至100℃并恒定，蒸出部分水分，2小时后将温度降至70℃，恒温处理24小时，过滤后洗涤至中性，离心机脱水，在60℃下真空干燥，获得纳米羟基磷灰石；

b、制备树脂基体：按质量比为双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯：双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯=7：3的比例，将双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯加入到双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯中混合得到树脂基体初体，在树脂基体初体中加入树脂基体初体质量的2%的丙酮、树脂基体初体质量的1%的樟脑醌和树脂基体初体质量的1%的甲基丙烯酸二甲胺基乙酯，充分搅拌混合后静置24小时，获得树脂基体；

c、制备纳米羟基磷灰石复合材料：将a步骤获得的纳米羟基磷灰石加入到质量百分比浓度为1%的KH-570硅烷偶联剂水溶液中，用搅拌机充分搅拌后，放入烘干箱中烘干，在研钵中研磨成细粉末并过筛，在过筛后的纳米羟基磷灰石中加入纳米羟基磷灰石质量的2%的粉末状的氟化钠，得纳米羟基磷灰石与氟化钠的混合物，以质量计，按混合物：树脂基体=45~65：35~55的配比将两者混合，搅拌均匀，制得纳米羟基磷灰石复合材料。

本发明之纳米羟基磷灰石复合材料与现有的材料相比，具有机械物理性能较强、生物相容性良好、生物学活性优异等优点，满足了牙科修复材料仿生学的要求，可用于牙体缺损的修复。本发明之材料的应用，将克服目前牙科修复材料对牙髓刺激性强、与牙齿结合力弱等缺陷，为牙体病临床治疗带来新的突破，具有广阔的市场前景。本发明之纳米羟基磷灰石复合材料的制备方法操作简便，制成的纳米羟基磷灰石复合材料使用效果好。

具体实施方式

下面进一步说明本发明。

由于牙齿硬组织主要由无机矿物质组成，其中的无机物为纳米HA颗粒(10-100nm)，所以选用NHA颗粒作为树脂的强化相理论上是可行的。NHA能够很好地分散在树脂基质中而不破坏树脂基质的连续性，NHA在树脂基质中的分散起到刚性粒子增强作用。本发明之复合材料中的纳米羟基磷灰石和氟离子有望沉积并结合于牙体硬组织，从而促进再矿化和防止继发龋。

KH-570硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂。水热合成的纳米羟基磷灰石加入到质量百分比浓度为1%的KH-570硅烷偶联剂水溶液中进行表面处理，可以增加纳米羟基磷灰石的湿润性、相容性、粘结性。

树脂基体的合成及后续的材料共混均应在避光条件下进行。

双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯的英文缩写为Bis-GMA；双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯的英文缩写为TEGDMA；樟脑醌的英文缩写为CQ；甲基丙烯酸二甲胺基乙酯的英文缩写为DMAEMA。

在本发明之米羟基磷灰石复合材料的制备方法中，a步骤获得的纳米羟基磷灰石的检测方法是，将得到的纳米羟基磷灰石样品，在玛瑙研钵中研磨成细粉末，用透射电镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）对其结构和形貌进行观察与表征。用XRD测得衍射峰的半峰宽，根据Scherrer公式计算出微晶尺寸；TEM可测得晶体大小和形态。

本发明之米羟基磷灰石复合材料的制备方法制成的纳米羟基磷灰石晶体为针状，长为20-80纳米，宽为5-10纳米。粉末状的氟化钠的颗粒大小应与纳米羟基磷灰石晶体相近或小于纳米羟基磷灰石晶体。

本发明之纳米羟基磷灰石复合材料的机械物理性能测试：

固化深度测试：将复合材料充填于固化深度测试器中，一端光照40s取出，刮除背面未固化的材料，测量剩余试件的厚度。经计算试件固化深度为1.5~2.7毫米，符合光固化复合树脂固化深度的要求。

抗弯曲强度测试：在标准模具中充填复合材料，照射40s，浸在37℃蒸馏水中避光保存24h。用万能机记录断裂时的最大加荷值，计算挠曲强度。测试结果为46.8~92.7Mpa。

抗压强度测试：用固化深度测试器制备试件，正反面各照40s。万能试验机记录压缩过程中破坏负荷，计算压缩强度值为153.4~310.5Mpa。

复合材料吸水率测量：将在标准模具中制备的试件置于110℃电热鼓风干燥箱中烘干，24h后称重，之后置火油中浸泡24h称重，再于110℃电热鼓风干燥箱中烘干4h，冷却称重，按公式计算吸水率。测试结果为，吸水值11.2~19.1μg/mm³。

经机械物理学检测，本发明之纳米羟基磷灰石复合材料的性能达到了牙科充填材料的要求。

本发明之纳米羟基磷灰石复合材料与牙体硬组织的结合方式及结合强度实验：

剪切力测试：对正畸拔除的无龋双尖牙按国家YY0269-1995标准制作剪切力测试试件，按常规充填本发明之纳米羟基磷灰石复合材料，光照固化。在37℃生理盐水中放置2周后，经4℃-60℃温度循环120次，用万能测试机测得样本切断时最大剪切力，按公式计算出剪切强度为10.32~17.89Mpa。

结合界面观察：取上述充填固化后的样本放置于37℃生理盐水中，48h后纵剖牙体和充填体，剖面及断裂面清洗后用扫描电镜观察界面，发现树脂突形成良好，长14~36μm，断裂方式为牙釉质及牙本质破坏或材料内聚力破坏。复合材料断面较为光滑，填料分布较为均匀，孔隙率小。

检测结果表明，本发明之纳米羟基磷灰石复合材料与牙体组织具有良好的粘结性能。

本发明之纳米羟基磷灰石复合材料的生物相容性评价：

按照医用材料生物相容性评价ISO 10993标准，对该材料通过急性毒性试验、过敏试验、热原试验、刺激试验、埋置试验、细胞毒性试验等，证明本复合材料具有良好的生物相容性。

本发明之纳米羟基磷灰石复合材料，其中的4-META不仅可与牙齿中的胶原蛋白的多肽键进行共聚反应，其分子中的强极性基团还可与牙齿中的羟基磷酸钙产生定向的分子结合，或形成氢链，从而具有较强的粘接力。它与牙体硬组织形成良好的嵌合，且具有优良的生物学活性和生物相容性，能够有效地防治牙髓刺激和继发龋，并促进修复性牙本质形成和再矿化，是一种极有发展前景的牙科修复用仿生材料。

Claims (6)

1.一种牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料，其特征在于，所述的复合材料由纳米羟基磷灰石和树脂基体构成，其质量构成为：纳米羟基磷灰石占45%~65%，树脂基体占35%~55%。

2.如权利要求1所述的牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料，其特征在于，所述的纳米羟基磷灰石中含有纳米羟基磷灰石质量的2%的粉末状的氟化钠。

3.如权利要求1或2所述的牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料，其特征在于，所述的纳米羟基磷灰石，是将水热合成的纳米羟基磷灰石加入到质量百分比浓度为1%的KH-570硅烷偶联剂水溶液中，用搅拌机充分搅拌后，放入烘干箱中烘干，在研钵中研磨成细粉末并过筛后的纳米羟基磷灰石。

4.如权利要求1或2所述的牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料，其特征在于，所述的树脂基体由双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯和双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯构成，按质量计，两者的配比为，双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯：双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯=7：3。

5.根据权利要求4所述的牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料，其特征在于，所述的树脂基体内还含有树脂基体质量的1.0%的樟脑醌、树脂基体质量的2.0%的丙酮和树脂基体质量的1.0%的甲基丙烯酸二甲胺基乙酯。

6.一种牙体修复用纳米羟基磷灰石复合材料的制备方法，其特征在于，所述的方法是，

a、水热合成纳米羟基磷灰石：将化学纯Ca(NO₃)·4H₂O和化学纯（NH4)₃PO₄分别用蒸馏水配制成浓度为0.5mol/L的Ca(NO₃)·4H₂O溶液和浓度为0.3mol/L的（NH4)₃PO₄溶液；将Ca(NO₃)·4H₂O溶液放入反应釜中加热至70℃，在连续高速搅拌下，缓慢将与Ca(NO₃)·4H₂O溶液体积相同的（NH4)₃PO₄溶液滴入到Ca(NO₃)·4H₂O溶液中，再用浓氨水将反应釜内液体的pH值调节在10~10.5之间；4小时后，将反应釜内液体的温度升至100℃并恒定，蒸出部分水分，2小时后将温度降至70℃，恒温处理24小时，过滤后洗涤至中性，离心机脱水，在60℃下真空干燥，获得纳米羟基磷灰石；

b、制备树脂基体：按质量比为双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯：双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯=7：3的比例，将双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯加入到双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯中混合得到树脂基体初体，在树脂基体初体中加入树脂基体初体质量的2%的丙酮、树脂基体初体质量的1%的樟脑醌和树脂基体初体质量的1%的甲基丙烯酸二甲胺基乙酯，充分搅拌混合后静置24小时，获得树脂基体；

c、制备纳米羟基磷灰石复合材料：将a步骤获得的纳米羟基磷灰石加入到质量百分比浓度为1%的KH-570硅烷偶联剂水溶液中，用搅拌机充分搅拌后，放入烘干箱中烘干，在研钵中研磨成细粉末并过筛，在过筛后的纳米羟基磷灰石中加入纳米羟基磷灰石质量的2%的粉末状的氟化钠，得纳米羟基磷灰石与氟化钠的混合物，以质量计，按混合物：树脂基体=45~65：35~55的配比将两者混合，搅拌均匀，制得纳米羟基磷灰石复合材料。