CN104983583B - 一种用于牙釉质定向有序矿化材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于牙釉质定向有序矿化材料及其制备方法，其通过羧甲基壳聚糖和阿仑膦酸钠交联后，依次滴加含磷酸氢根离子和含钙离子的溶液，形成纳米无定形磷酸钙颗粒，之后向该溶液中加入谷氨酸，即可制得。本发明所述的矿化材料制备方法简便，能渗透到脱矿表层以下达到深层矿化，与牙体表面结合牢固；新形成的羟基磷灰石排列定向有序，与天然牙釉质类似；无毒、无刺激，具有良好的生物相容性和低致敏性，使用效果理想。

Description

一种用于牙釉质定向有序矿化材料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，尤其是涉及一种用于牙釉质定向有序矿化材料及其制备方法。

背景技术

目前，常见的再矿化制剂主要以钙及磷酸根等矿物离子为有效成分，并辅以氟离子或其他物质，从而达到在脱矿龋损表层的残余晶体上进行矿物重建的目的。但是，传统的再矿化制剂均具有一定的局限性。例如：仅能达到脱矿表层的再矿化，很难渗透到深部；与牙体表面结合能力差，很难抵抗唾液的冲刷，在牙体表面停留的时间很短；在高氟区应用传统的氟制剂易引起慢性氟中毒；矿化后形成的羟基磷灰石排列散乱无序；或某些再矿化生物材料中的组成成分由于生物相容性相对较差，易对人体产生不良反应或对特定人群具有致敏性，因而使其应用受到限制。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于牙釉质定向有序矿化材料及其制备方法，以解决现有技术中，再矿化制剂很难渗透到深部；与牙体表面结合能力差，在牙体表面停留的时间很短等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于牙釉质定向有序矿化材料，通过如下方法制备而成，羧甲基壳聚糖和阿仑膦酸钠交联后，依次滴加含磷酸氢根离子和含钙离子的溶液，形成纳米无定形磷酸钙颗粒后，加入谷氨酸，即可制得牙釉质定向有序矿化材料。

新形成的羟基磷灰石排列定向有序；该纳米无定形磷酸钙颗粒能渗透到脱矿表层以下达到深层发生再矿化，而且与牙体表面结合牢固，从而在牙齿上存留较长时间，达到使脱矿的牙体硬组织再矿化的效果。

优选的，所述羧甲基壳聚糖为N-羧甲基壳聚糖、O-羧甲基壳聚糖、N,O-羧甲基壳聚糖中的一种。

优选的，滴加的含磷酸氢根离子和含钙离子的溶液，其中的Ca/P摩尔比为10:(5-6)。

优选的，形成的纳米无定形磷酸钙颗粒的平均粒径为20～200nm。

本发明还提供了一种制备如上所述的用于牙釉质定向有序矿化材料的方法，包括如下制备步骤，

1)在常温，搅拌器的充分搅拌下，向去离子水中顺序依次加入羧甲基壳聚糖、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺，得到A溶液，之后，于A溶液中加入一定量的阿仑膦酸钠，于室温、常压合成反应18～24小时后，透析48～72小时，即得羧甲基壳聚糖-阿仑膦酸钠聚合物；

2)在常温，搅拌器的充分搅拌下，将一定质量的含磷酸氢根离子的溶液加入到步骤1)中所述的羧甲基壳聚糖-阿仑膦酸钠聚合物中，得B溶液；然后在常温和搅拌器的充分搅拌下，将含钙离子的溶液缓慢滴加到B溶液中，得到的混合溶液中含有纳米无定形磷酸钙；

3)在常温，搅拌器的充分搅拌下，向步骤2)所得的含有纳米无定形磷酸钙的溶液中加入谷氨酸，即得牙釉质定向有序矿化材料。

优选的，步骤1)中，去离子水、羧甲基壳聚糖、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺质量比例为2000:(10～40):2:1；A溶液与阿仑膦酸钠的质量比例为200:(1～3)。

优选的，步骤2)中，B溶液中，含磷酸氢根离子的溶液为可溶性的含磷酸氢根的盐，磷酸氢根离子的浓度为1～2mmol/L；含钙离子的溶液为水溶性钙盐的水溶液，钙离子浓度为2～4mmol/L。

优选的，步骤1)中加入羧甲基壳聚糖和步骤2)中的含磷酸氢根的可溶性的盐的质量比为(600～1500):14。

优选的，步骤2)中的含磷酸氢根的可溶性的盐与步骤3)中加入谷氨酸的质量比例为14:(10～20)。

本发明同时提供了一种如上所述的用于牙釉质定向有序矿化材料在脱矿牙体硬组织仿生再矿化中的应用。

本发明也提供了一种如上所述的用于牙釉质定向有序矿化材料制备方法制备的材料在脱矿牙体硬组织仿生再矿化中的应用。

相对于现有技术，本发明所述的一种用于牙釉质定向有序矿化材料及其制备方法，具有以下优势：其结构设计合理，制备方法简便，能渗透到脱矿表层以下达到深层矿化，与牙体表面结合牢固，在牙齿上存留较长时间，达到使脱矿的牙体硬组织再矿化的效果，达到使脱矿的牙体硬组织再矿化的效果；新形成的羟基磷灰石排列定向有序，与天然牙釉质类似；无毒、无刺激，具有良好的生物相容性和低致敏性，使用效果理想。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明实验二中所述的空白对照组中的一个样品的SEM和Micro-CT表征图；

图2为本发明实验二中所述的对照组一中的一个样品的SEM表征和Micro-CT表征图；

图3为本发明实验二中所述的对照组二中的一个样品的SEM表征图和Micro-CT表征图；

图4为本发明实验二中所述的实验组中的一个样品的SEM表征图和Micro-CT表征图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面通过实施例来详细说明本发明。

实施例一

一种用于牙釉质定向有序矿化材料，通过如下步骤制备而成，

1)羧甲基壳聚糖-阿仑膦酸钠聚合物的合成

在常温和磁力搅拌器的充分搅拌下，向20ml去离子水中加入羧甲基壳聚糖100mg，待完全溶解后，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐20mg，反应15min,然后加入N-羟基琥珀酰亚胺10mg,得到A溶液，之后，于A溶液中加入阿仑膦酸钠100mg，室温、常压下反应24小时后，将该溶液用分子量为3500的透析袋透析48小时，即得羧甲基壳聚糖-阿仑膦酸钠聚合物的溶液。

2)纳米无定形磷酸钙颗粒的形成

在常温和磁力搅拌器的充分搅拌下，将6.96mg磷酸氢二钾入到步骤1)中所述的羧甲基壳聚糖-阿仑膦酸钠聚合物溶液中，得B溶液；

在常温和磁力搅拌器的充分搅拌下，将11.76mg的二水氯化钙加入到10mL的去离子水中，得到C溶液，将C溶液缓慢逐滴滴加到B溶液中，得到的混合溶液中含有纳米无定形磷酸钙颗粒，直径为50-150nm。

3)矿化材料的形成

在常温和磁力搅拌器的充分搅拌下，向步骤2)所得的含有纳米无定形磷酸钙的溶液中加入谷氨酸10mg，常温常压下反应2h,即得牙釉质定向有序矿化材料。

验证实施例一合成的牙釉质定向有序矿化材料的性能。

实验一

使用实施例一～实施例三中步骤1)中的羧甲基壳聚糖-阿仑膦酸钠聚合物分别涂于用35％釉质酸蚀剂酸蚀60s的牙釉质表面，干燥后将该牙釉质浸泡在去离子水中5h，取出后，用去离子水反复冲洗釉质表面三次，干燥后对其表面进行红外分析，其红外图谱和实施例一～实施例三合成的羧甲基壳聚糖-阿仑膦酸钠聚合物图谱几乎一致，证明羧甲基壳聚糖-阿仑膦酸钠聚合物与牙釉质表面有较强结合能力，也证明本发明中的牙釉质定向有序矿化材料于牙釉质表面有较强结合能力。

实验二

收集因智齿阻生拔除的完整无龋坏无明显磨耗的新鲜离体牙20个，去离子水冲洗干净，用慢速锯在流水冷却下制备1mm厚牙釉质片，最后用打磨抛光机加工成5mm×5mm×1mm的牙釉质样品，随机选出5个进行SEM、Micro-CT表征，作为空白对照组。

余牙釉质样品采用pH循环法进行脱矿处理，操作如下：

(1)去矿化液的组成是1.5mM CaCl₂，0.9mM KH₂PO₄，50mM醋酸和5mM NaN₃，pH值用1M KOH调整到4.8。再矿化液的组成是1.5mM CaCl₂，0.9mM NaH₂PO₄，0.13M KCl and 5mMNaN₃，pH值用50mM HEPES缓冲溶液调整到7.0。

(2)37℃下，摇床中(120rpm)将牙釉质样本(15个)于去矿化液中浸泡12h，再矿化液中浸泡12h，每步处理之间均采用去离子水冲洗1min，一天循环一次，循环两周，即得脱矿后的牙釉质样本。

(3)随机选出5个脱矿后的牙釉质用样本进行SEM、Micro-CT表征，作为对照组一。

将余脱矿牙釉质样品随机分成两组，每组5个样品，实验组，每个样品每天用由实施例一制备而成的定向有序矿化材料涂于脱矿釉质样品表面，自然干燥，重复3次，然后37℃下，置于再矿化液(其组成与脱矿处理的再矿化液相同)中浸泡；对照组二用实施例一中步骤2)所得的含有纳米无定形磷酸钙的溶液处理，37℃恒温培养箱中，矿化7天后，用SEM和Micro-CT表征样品再矿化程度和表面形貌。

SEM下，可以观察到正常的牙釉质的釉柱排列紧密有序(图1)；天然脱矿牙釉质中柱状羟基磷灰石的结构(图2)，表面出现大小不等的孔隙，周围可以观察到破坏后的釉柱排列形成的不规则壁；在对照组二中,牙釉质用实施例一中步骤2)所得的含有纳米无定形磷酸钙的溶液处理，并在SBF溶液中矿化7天后,观察到牙釉质表面有柱状的晶体地沉积在牙釉质表面(图3)，其排列较对照组一更为紧密，但这些晶体排列没有一定的顺序和方向；实验组中，羟基磷灰石晶体沉积较为定向有序，Micro-CT中也可以看到其表面密度较脱矿后的牙釉质更高。通过将空白对照组(图1)、对照组一(图2)、对照组二(图2)与实验组(图4)的SEM和Micro-CT表征样品的再矿化程度和表面形貌，可以看出，本发明制备的牙釉质定向有序矿化材料的表面排列定向有序。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于牙釉质定向有序矿化材料，其特征在于：通过如下方法制备而成，羧甲基壳聚糖和阿仑膦酸钠交联后，依次滴加含磷酸氢根离子和含钙离子的溶液，在形成纳米无定形磷酸钙颗粒后，加入谷氨酸，即可制得牙釉质定向有序矿化材料；所述羧甲基壳聚糖为N-羧甲基壳聚糖、O-羧甲基壳聚糖、N,O-羧甲基壳聚糖中的一种；依次滴加含磷酸氢根离子和含钙离子的溶液，其中的Ca/P摩尔比为10:(5-6)；形成的纳米无定形磷酸钙颗粒的平均粒径为20-200nm。

2.一种制备权利要求1所述的用于牙釉质定向有序矿化材料的方法，其特征在于：包括如下制备步骤，

1)在常温，搅拌器的充分搅拌下，向去离子水中顺序依次加入羧甲基壳聚糖、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺，得到A溶液，之后，于A溶液中加入一定量的阿仑膦酸钠，于室温、常压合成反应18-24小时后，透析48-72小时，即得羧甲基壳聚糖-阿仑膦酸钠聚合物；

2)在常温，搅拌器的充分搅拌下，将一定质量的含磷酸氢根离子的溶液加入到步骤1)中所述的羧甲基壳聚糖-阿仑膦酸钠聚合物中，得B溶液；然后在常温和搅拌器的充分搅拌下，将含钙离子的溶液缓慢滴加到B溶液中，得到的混合溶液中含有纳米无定形磷酸钙；

3)在常温，搅拌器的充分搅拌下，向步骤2)所得的含有纳米无定形磷酸钙的溶液中加入谷氨酸，即得牙釉质定向有序矿化材料。

3.根据权利要求2所述的用于牙釉质定向有序矿化材料制备方法，其特征在于：步骤1)中，去离子水、羧甲基壳聚糖、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺质量比例为2000:(10～40):2:1；A溶液与阿仑膦酸钠的质量比例为200:(1～3)。

4.根据权利要求2所述的用于牙釉质定向有序矿化材料制备方法，其特征在于：步骤2)中，B溶液中，含磷酸氢根离子的溶液为可溶性的含磷酸氢根的盐，磷酸氢根离子的浓度为1～2mmol/L；含钙离子的溶液为水溶性钙盐的水溶液，钙离子浓度为2～4mmol/L。

5.根据权利要求2所述的用于牙釉质定向有序矿化材料制备方法，其特征在于：步骤1)中加入羧甲基壳聚糖和步骤2)中的含磷酸氢根的可溶性的盐的质量比为(600～1500):14。

6.根据权利要求2所述的用于牙釉质定向有序矿化材料制备方法，其特征在于：步骤2)中的含磷酸氢根的可溶性的盐与步骤3)中加入谷氨酸的质量比例为14:(10～20)。

7.根据权利要求1所述的用于牙釉质定向有序矿化材料在脱矿牙体硬组织仿生再矿化药物制备中的应用。

8.根据权利要求2～6任一项所述的用于牙釉质定向有序矿化材料制备方法制备的材料在脱矿牙体硬组织仿生再矿化药物制备中的应用。