CN109453034A - 一种抗菌齿科修复复合树脂及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗菌齿科修复复合树脂及其制备和应用，原料组分包括：无机填料，树脂基体，引发剂。制备：将无机填料、混合树脂基体、引发剂，研磨混匀，然后经光固化得到抗菌齿科修复复合树脂。本发明制备工艺简单且所制备的复合树脂力学和抗菌性能优异，其抗菌率高达99.9％。

Description

一种抗菌齿科修复复合树脂及其制备和应用

技术领域

本发明属于齿科修复材料及其制备和应用领域，特别涉及一种抗菌齿科修复复合树脂及其制备和应用。

背景技术

龋齿，是在口腔细菌的作用下牙齿硬组织脱钙和有机质分解使受害牙齿组织破坏、崩解，在牙齿上形成龋洞的一种疾病，是最常见的口腔疾病之一。世界卫生组织将龋病与心脑血管疾病、肿瘤列为21世纪需要重点防治的三大非传染性疾病。龋病治疗的修复材料已有几百年的历史，人们最早使用的龋病修复材料为银汞合金，但是该种材料存在导热导电、美观性欠佳、生物风险等缺陷，从而限制了其在临床上的应用，逐渐被具有较高机械强度、颜色稳定、美观且生物相容性良好的齿科修复复合树脂所取代。

齿科修复复合树脂在长期的口腔服役环境中，容易滋生细菌，引发二次龋齿。因此，复合树脂不仅具备优异的力学性能，还需一定的抗菌性能来预防二次龋齿，而这主要依赖于复合树脂中的无机填料成分。在过去几十年，复合树脂中无机填料组分作为重点研究对象，取得了长足发展：调料组成由单一变成多种，并可以赋予树脂功能化(J.L.Ferracane,Dental Materials,2011,27,29-38)。从材料仿生角度来看，齿科修复复合树脂的结构应与人类牙齿相似。人类牙齿(牙釉质)是由羟基磷灰石纳米纤维束紧密排列组成的，因此合成具有紧密堆积结构且具有抗菌性无机填料是作为齿科修复复合树脂的一个很好选择。

目前，常用于齿科修复复合树脂的抗菌剂可以分为含Ag抗菌剂、季铵盐类抗菌剂和纳米氧化锌等几类。但含Ag抗菌剂也有它的缺点，银离子容易被氧化成金属银，因此会使材料变色从而影响美观，而且有研究表明过量的银会在人体内聚集引起色素沉着，甚至会引起口腔、皮肤等的组织损伤或者病变，这些都限制了含Ag抗菌剂的应用。季铵盐类抗菌剂合成工艺复杂，成本高，少量的加入难以获得理想的抗菌效果，过量的加入则会影响复合树脂的力学性能。纳米ZnO的过量加入会降低齿科修复复合树脂的力学性能，因此氧化锌会作为复合填料来增强树脂的抗菌性，研究发现将氧化锌晶须和氧化硅复合填料填充到光固化树脂中，研究发现复合树脂的弯曲强度比仅有氧化锌晶须填充的复合树脂高出了1.3倍。

研究学者发现ZnO粉末粒径对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抗菌活性的影响，发现随着颗粒比表面和较高表面能的增大，其抗菌活性不断能提高，介晶氧化锌是由氧化锌纳米颗粒组装而成，和牙釉质纤维紧密堆积的结构类似；另外，介晶氧化锌具有粗糙的表面和孔洞结构，赋予了其较大的比表面积。因此将其和氧化硅作为符合填料应用到复合树脂中，有望同时提高齿科修复复合树脂的力学和抗菌性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抗菌齿科修复复合树脂及其制备和应用，解决齿科修复树脂在长期使用后易收缩，易脱落，易滋生细菌等问题，为解决二次龋齿和比边缘微渗漏提供解决方案，满足市场上对高强度高抗菌率复合树脂的需求。本发明采用氧化硅和ZnO介晶微球作为无机填料。ZnO介晶结构与牙釉质中羟基磷灰石纤维紧密堆积结构高度相似，比表面积大且氧化锌纳米微球之间有一定的孔洞，有利于树脂渗透和锌离子的释放，明显改抗菌性能，氧化硅具有高强模量和透明度，有利于改善复合树脂的力学性能，氧化硅和ZnO介晶微球复合填充到树脂中，为解决齿科修复复合树脂的二次龋病和微渗漏问题提供新的解决方法。

本发明的一种抗菌齿科修复复合树脂，其特征在于，按质量百分比，所述组分包括树脂基体19-24.wt％，引发剂1.wt％，无机填料75-80.wt％；

其中无机填料为SiO₂微球和六方结构ZnO介晶微球。

进一步优选，按质量百分比，所述组分包括：树脂基体24.wt％，引发剂1.wt％，无机填料75.wt％

所述无机填料中SiO₂微球占复合树脂总质量的45％～65％，ZnO介晶微球占复合树脂总质量的10％～30％。

进一步优选，无机填料中SiO₂微球占复合树脂总质量的55％，ZnO介晶微球占复合树脂总质量的20％。

所述ZnO介晶微球的制备具体为：配置六水合硝酸锌溶液，缓慢滴加三乙醇胺溶液，混合均匀，然后置于反应釜中，100～150℃水热反应2～6h，离心，洗涤，真空干燥，研磨，得到ZnO介晶微球粉体，其中六水合硝酸锌溶液的浓度为0.03g/ml～0.04g/ml；三乙醇胺溶液中三乙醇胺与去离子水的质量比为：(1～3):(4～7)。

上述洗涤为水和无水乙醇交替洗涤5～6次；真空干燥为：80～100℃真空干燥10～24h；煅烧为放置于马弗炉中，600～800℃煅烧2～5h(煅烧的目的为：ZnO介晶微球表面模板剂的去除)。

所述SiO₂微球的制备方法为：

分别将无水乙醇、氨水和超纯水混合，搅拌15-20min；其中，无水乙醇、氨水和超纯水的体积比为(50～80):(6～8):(10～12)；

将正硅酸乙酯和的无水乙醇，搅拌15-20min；其中两者的体积比为(16～20):(25～30)。

然后将正硅酸乙酯和乙醇的混合液迅速加入含氨水的溶液中，搅拌反应60～90min，洗涤，真空干燥，研磨，得到SiO₂微球粉体。

所述洗涤为水和无水乙醇交替洗涤5～6次；真空干燥为：100～120℃真空干燥10～24h。

所述SiO₂微球和ZnO介晶微球为：硅烷改性SiO₂微球和硅烷改性ZnO介晶微球，进一步优选为γ-MPS改性SiO₂微球和ZnO介晶微球。

上述SiO₂和ZnO介晶微球的表面改性：

将SiO₂、环己烷、γ-MPS和正丙胺按(5～15):(90～80):(1～3):(4～2)的质量比加入到烧瓶中30～40℃混合搅拌20～30min，随后升温至60～70℃搅拌30min，然后60～80℃真空蒸发8～15min，干燥。其中烘干温度为60～80℃，时间为12～18h。ZnO介晶微球改性方法与SiO₂微球改性方法相同。

所述硅烷改性SiO₂微球的(800nm～1μm)；硅烷改性ZnO介晶微球粒径大小为(800nm～1μm)。

所述树脂基体为双酚-A-甲基丙烯酸缩水甘油酯Bis-GMA和二甲基丙烯酸三乙二醇酯TEGDMA；引发剂为樟脑醌CQ和对二甲氨基苯甲酸乙酯4-EDMAB。

所述Bis-GMA与TEGDMA的质量比为(1～7):(9～3)；CQ与4-EDMAB的质量比为1:(1～4)。

本发明的一种所述抗菌齿科修复复合树脂的制备方法，包括：

将无机填料、混合树脂基体、引发剂，研磨混匀，然后经光固化，得到抗菌齿科修复复合树脂。

本发明的一种所述抗菌齿科修复复合树脂的应用。

有益效果

1、本发明的工艺简单，制备条件温和，适合于大批量生产；

2、本发明中所得的ZnO介晶结构与牙釉质中羟基磷灰石纤维紧密堆积结构高度相似且在硅基体中分散均匀，极大地提高了复合树脂的物理机械性能，且ZnO赋予齿科修复树脂较高的抗菌性；该树脂的表现出较高的弯曲强度、弯曲模量和抗菌率，其中，当氧化锌填充量为20％(氧化硅填充量55％)时，弯曲强度最大，达到133MPa，相比于纯氧化硅填充(填充量为75％)的复合树脂其弯曲强度提高了8％；氧化锌填充量为20％时，复合树脂抗菌率达到99.9％,纯氧化硅填充的复合树脂抗菌率仅达到92.3％。

附图说明

图1为实施例1制备的ZnO介晶的扫描电镜图，其中a为低倍下ZnO介晶扫描电镜图；b为高倍电镜下扫描电镜图；

图2为实施例1制备的ZnO介晶的透射电镜照片；

图3为实施例1制备的ZnO介晶的比表面照片；

图4为实施例1制备的ZnO介晶的XRD谱图。

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。

性能评价：

(1)挠曲强度和弹性模量

将复合树脂放入25mm×2mm×2mm的模具内，用可见光固化灯将上下两面分别固化3次，每次20s。从模具中取出已固化样条，室温下放置2～3天，然后用600#碳化硅砂纸打磨光滑，进行三点弯曲实验，测试其挠曲强度和弹性模量，每组10个试样。

(2)抗菌率

将制备好的复合树脂材料放入4mm×4mm×1mm的模具内，用可见光固化灯将上下两面分别固化60s。从模具中取出已固化的试样，在新鲜的试样上培养变异链球菌，待18～24h后统计菌落数量。

实施例1

(1)将1.5g六水合硝酸锌溶于在60ml的去离子水中，往溶液中缓慢滴加15ml的三乙醇胺溶液，混合均匀。将上述溶液置于反应釜中，100℃水热反应2h，离心，水和无水乙醇交替洗涤5～6次，80℃真空干燥10h，研磨，得到ZnO介晶微球粉体。

(2)将ZnO介晶微球粉体放置于马弗炉中，高温烧结得到去除模板剂的ZnO介晶微球粉体，其中升温速率为2℃/min，烧结温度600℃，保温时间为120min。

(3)单口烧瓶中加入50ml的无水乙醇，8ml的氨水和10ml的超纯水；在另一烧瓶内加入16ml的正硅酸乙酯和25ml的无水乙醇，分别高速搅拌15min，随后将正硅酸乙酯和乙醇的混合液迅速加入含氨水的烧瓶中，搅拌反应60min，水和无水乙醇交替洗涤5～6次，100℃真空干燥10h，研磨，得到SiO₂微球粉体。

(4)将100ml环己烷，5g SiO₂粉体加入到250ml的烧瓶中，再添加1.1mlγ-MPS，0.5ml正丙胺，30℃混合搅拌30min，随后加热至60℃继续搅拌30min，然后80℃真空蒸发15min；干燥即得改性微米氧化硅，其中烘干温度为80℃，时间为18h。ZnO介晶微球粉体采用同样的方法改性。

(5)将无机填料(3.3g改性米二氧化硅、0.5g ZnO介晶微球粉体)、混合树脂基体(0.63g Bis-GMA和0.62g TEGDMA)与引发剂(0.01g CQ和0.04g 4-EDMAB)通过三辊研磨机混合均匀，得到未固化树脂膏体，最后经光固化制得复合树脂。

按照各种评价方法分别制备好试样，然后测试，测得其弯曲强度、弹性模量。

表1各实施例的组分含量及弯曲强度、弹性模量和压缩强度的数值

注：1、填料(氧化硅和氧化锌介晶)加入量所占百分比(％)均为复合树脂总质量的百分比(％)；

2、树脂单体Bis-GMA:稀释剂TEGDMA＝1:1(质量比)，光引发剂CQ和助引发剂4-EDMAB分别占树脂质量的0.2％和0.8％；

实施例1～5中，无机填料占复合树脂总质量的75％。

实施例2～6光固化复合树脂的制备和评价方法与实施例1相同。

测得的弯曲强度、弹性模量见表1。

表2：实施例3和对照组制备的复合树脂的抗菌效果：

注：实施例3中氧化锌介晶的填充量为20wt％(氧化硅填充量为55wt％)；对照组仅含有75wt％氧化硅；参照组为抗菌测试的一个参照样品(无抗菌性)。

Claims (10)

1.一种抗菌齿科修复复合树脂，其特征在于，按质量百分比，所述组分包括树脂基体19-24.wt％，引发剂1.wt％，无机填料75-80.wt％；

其中无机填料为SiO₂微球和ZnO介晶微球。

2.根据权利要求1所述复合树脂，其特征在于，所述无机填料中SiO₂微球占复合树脂总质量的45％～65％，ZnO介晶微球占复合树脂总质量的10％～30％。

3.根据权利要求1所述复合树脂，其特征在于，所述ZnO介晶微球的制备具体为：配置六水合硝酸锌溶液，缓慢滴加三乙醇胺溶液，混合均匀，然后置于反应釜中，100～150℃水热反应2～6h，离心，洗涤，真空干燥，研磨，煅烧，得到ZnO介晶微球。

4.根据权利要求1所述复合树脂，其特征在于，所述SiO₂微球的制备方法为：

分别将无水乙醇、氨水和超纯水混合，搅拌；将正硅酸乙酯和的无水乙醇，搅拌；

然后将正硅酸乙酯和乙醇的混合液迅速加入含氨水的溶液中，搅拌反应60～90min，洗涤，真空干燥，研磨，得到SiO₂微球粉体。

5.根据权利要求1所述复合树脂，其特征在于，所述SiO₂微球和ZnO介晶微球为：硅烷改性SiO₂微球和硅烷改性ZnO介晶微球。

6.根据权利要求5所述复合树脂，其特征在于，所述硅烷改性SiO₂微球的粒径大小为800nm～1μm；硅烷改性ZnO介晶微球粒径大小为800nm～1μm。

7.根据权利要求1所述复合树脂，其特征在于，所述树脂基体为双酚-A-甲基丙烯酸缩水甘油酯Bis-GMA和二甲基丙烯酸三乙二醇酯TEGDMA；引发剂为樟脑醌CQ和对二甲氨基苯甲酸乙酯4-EDMAB。

8.根据权利要求7所述复合树脂，其特征在于，所述Bis-GMA与TEGDMA的质量比为(1～7):(9～3)；CQ与4-EDMAB的质量比为1:(1～4)。

9.一种权利要求1所述抗菌齿科修复复合树脂的制备方法，包括：

将无机填料、混合树脂基体、引发剂，研磨混匀，然后经光固化，得到抗菌齿科修复复合树脂。

10.一种权利要求1所述抗菌齿科修复复合树脂的应用。