CN109453036B - 一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的制备方法，属于生物医学材料应用技术领域。本发明采用明胶和氨基酸改性的纳米羟基磷灰石为原料，通过静电纺丝法制备出明胶/改性纳米羟基磷灰石复合多孔支架材料；该方法制备出的牙釉质贴膜，具有纳米级或亚微米级超细纤维结构，并且有良好的力学性能及生物相容性能，有利于脱矿牙釉质再矿化，可在齿科修复领域得到应用。

Description

一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的制备方法，属于生物医用材料领域。
背景技术
牙釉质覆盖于牙冠最外面的一层，是体内矿化程度最高也是硬度最高的组织。牙釉质的再矿化是由高浓度的钙离子和磷酸根离子，通过团聚、自组装，从不稳定的前驱体生成羟基磷灰石的过程。
口腔中的牙釉质矿物存在脱矿化和再矿化的动态化学平衡，用仿生矿化法促进再矿化的研究成为牙釉质修复的研究热点；目前，国内外促进牙釉质表面再矿化的主要方法有凝胶体系仿生矿化、氟处理技术、利用牙釉蛋白模拟牙釉质生物矿化过程来促使牙釉质再生。Bush等首次利用仿生矿化技术，在牙釉质表面涂布含磷酸根离子的明胶凝胶层作为矿化模板，此层表面再涂布一层不含磷酸根的明胶凝胶作为屏蔽层，在牙釉质表面形成的晶体平行致密排列，并且垂直于釉质表面，晶体结构与牙釉质相似。Yin等附利用含氟的钙磷溶液，在多价鳌合剂羟乙基乙二胺三乙酸的作用下，在牙釉质表面矿化得到由六方棒状组成的釉柱结构，并且其化学组成和机械性能同牙釉质类似，但该方法不能构造牙釉质釉柱间质结构。目前的大部分研究引入的添加剂（如氟离子）虽然修复效果较好，但安全性欠佳，而釉原蛋白和自组装技术成本较高，临床应用存在局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的制备方法，通过静电纺丝法将明胶与氨基酸改性纳米羟基磷灰石复合，得到牙釉质再矿化贴膜，该贴膜能有效形成再矿化沉积，并可有效防止牙釉质进一步脱矿，具体包括以下步骤：
（1）在40℃~90℃，按照明胶与冰乙酸的质量体积比g:mL为1~50:100的比例，将明胶溶于冰乙酸中，搅拌使其充分溶解（磁力搅拌3h~5h）。
（2）将氨基酸改性纳米羟基磷灰石加入步骤（1）所得明胶溶液中，磁力搅拌6~12h，最后超声分散1~3h，然后进行负压脱泡处理得到纺丝液。
（3）取步骤（2）所得纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，将纺丝纤维采用交联剂进行交联，得到牙釉质再矿化贴膜。
本发明步骤（2）所述的改性纳米羟基磷灰石为：采用氨基酸进行复合改性得到的纳米羟基磷灰石（改性方法为常规方法），所述氨基酸为甘氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸中的一种。
本发明步骤（2）所述氨基酸改性纳米羟基磷灰石的质量百分比为0.1%~50%，明胶的质量百分比为50%~99.9%。
本发明步骤（2）所述负压脱泡的条件为：在400~760mm汞柱的负压下脱泡10~20h。
本发明步骤（3）所述静电纺丝条件为：所用针头为17~20号，纺丝液的推进速度为0.1~0.2mm/min，正电压为16~20KV，负电压为-3.5KV，针头与接收装置的距离为10~30cm；采用平板接收器，电源正极接针头处，负极接钢板。
本发明步骤（4）所述的交联剂为：1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)的混合物、戊二醛、京尼平或者谷氨酰胺转胺酶（TG酶）。
本发明的有益效果：
（1）本发明所用原料明胶、氨基酸改性纳米羟基磷灰石均无细胞毒性，具有良好的生物相容性。
（2）本发明通过改变静电纺丝相关参数，能较好地控制纤维质量及纤维直径分布，且该静电纺丝的多孔结构有利于钙离子和磷酸根离子沉积。
（3）本发明具有较高的溶胀比，吸水后可黏附于牙齿上任何需要矿化的部位，使用简便，为牙釉质的仿生矿化修复提供新的技术方法。
附图说明
图1是牙釉质脱矿后的表面显微形貌图；
图2是实施例3得到的再矿化贴膜修复后牙釉质表面的显微形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的成分及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在40℃下，按照明胶与冰乙酸的质量体积比g:mL为1:100的比例，将明胶溶于冰乙酸中，磁力搅拌3h。
（2）将甘氨酸改性纳米羟基磷灰石加入步骤（1）所得溶液中，磁力搅拌6h，最后采用超声机分散1h，其中，甘氨酸改性纳米羟基磷灰石质量百分比为0.1%，明胶的质量百分比为99.9%。
（3）采用真空干燥器对步骤（2）所得的纺丝液在400mm的汞柱的负压下脱泡10h。
（4）采用17号针头，设定正电压为16KV，负电压为-3.5KV，纺丝液的推注速度为0.1mm/min，针头与接收装置的距离为10cm，电源正极接针头处，负极接钢板；取步骤（3）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，将纺丝纤维采用EDC/NHS进行交联。
本实施例得到的无纺布形式的牙釉质再矿化贴膜，其纤维直径分布在200~500nm，拉伸强度为5.0MPa，细胞毒性为0级，即无细胞毒性。
实施例2
一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的成分及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在65℃下，按照明胶与冰乙酸的质量体积比g:mL为10:100的比例，将明胶溶于冰乙酸中，磁力搅拌3h。
（2）将甘氨酸改性纳米羟基磷灰石加入步骤（1）所得溶液中，磁力搅拌8h，最后采用超声机分散2h，其中，甘氨酸改性纳米羟基磷灰石质量百分比为20%，明胶的质量百分比为80%。
（3）采用真空干燥器对步骤（2）所得的纺丝液在560mm的汞柱的负压下脱泡15h。
（4）采用18号针头，设定正电压为18KV，负电压为-3.5KV，纺丝液的推注速度为0.15mm/min，针头与接收装置的距离为15cm，电源正极接针头处，负极接钢板。取步骤（3）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，将纺丝纤维采用戊二醛进行交联。
本实施例得到的无纺布形式的牙釉质再矿化贴膜，其纤维直径分布在400~600nm，拉伸强度为5.3MPa，细胞毒性为0级，即无细胞毒性。
实施例3
一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的成分及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在75℃下，按照明胶与冰乙酸的质量体积比g:mL为20:100的比例，将明胶溶于冰乙酸中，磁力搅拌4h。
（2）将甘氨酸改性纳米羟基磷灰石加入步骤（1）所得溶液中，磁力搅拌10h，最后采用超声机分散3h，其中，甘氨酸改性纳米羟基磷灰石质量百分比为30%，明胶的质量百分比为70%。
（3）采用真空干燥器对步骤（2）所得的纺丝液在600mm的汞柱的负压下脱泡15h。
（4）采用19号针头，设定正电压为18KV，负电压为-3.5KV，纺丝液的推注速度为0.15mm/min，针头与接收装置的距离为20cm，电源正极接针头处，负极接钢板。取步骤（3）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，将纺丝纤维采用京尼平进行交联。
本实施例得到的无纺布形式的牙釉质再矿化贴膜，其纤维直径分布在600~750nm，拉伸强度为5.8MPa，细胞毒性为0级，即无细胞毒性。
图1是本实施例牙釉质脱矿后的表面显微形貌图，图2是本实施例得到的再矿化贴膜修复后牙釉质表面的显微形貌图；由图1、图2可以看出，牙釉质脱矿后表面呈现出鱼鳞状裂纹，经再矿化贴膜修复后，裂纹有一定程度的缩小，由此可见该再矿化贴膜对牙釉质修复有一定的效果。
实施例4
一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的成分及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在75℃下，按照明胶与冰乙酸的质量体积比g:mL为30:100的比例，将明胶溶于冰乙酸中，磁力搅拌4h。
（2）将谷氨酸改性纳米羟基磷灰石加入步骤（1）所得溶液中，磁力搅拌12h，最后采用超声机分散3h，其中，谷氨酸改性纳米羟基磷灰石质量百分比为40%，明胶的质量百分比为60%。
（3）采用真空干燥器对步骤（2）所得的纺丝液在700mm的汞柱的负压下脱泡20h。
（4）采用19号针头，设定正电压为20KV，负电压为-3.5KV，纺丝液的推注速度为0.2mm/min，针头与接收装置的距离为20cm，电源正极接针头处，负极接钢板。取步骤（3）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，将纺丝纤维采用TG酶进行交联。
本实施例得到的无纺布形式的牙釉质再矿化贴膜，其纤维直径分布在550~750nm，拉伸强度为5.0MPa，细胞毒性为0级，即无细胞毒性。
实施例5
一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的成分及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在75℃下，按照明胶与冰乙酸的质量体积比g:mL为40:100的比例，将明胶溶于冰乙酸中，磁力搅拌4h。
（2）将谷氨酸改性纳米羟基磷灰石加入步骤（1）所得溶液中，磁力搅拌12h，最后采用超声机分散3h，其中，谷氨酸改性纳米羟基磷灰石质量百分比为50%，明胶的质量百分比为50%。
（3）采用真空干燥器对步骤（2）所得的纺丝液在700mm的汞柱的负压下脱泡20h。
（4）采用19号针头，设定正电压为20KV，负电压为-3.5KV，纺丝液的推注速度为0.2mm/min，针头与接收装置的距离为20cm，电源正极接针头处，负极接钢板。取步骤（3）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，将纺丝纤维采用EDC/NHS进行交联。
本实施例得到的无纺布形式的牙釉质再矿化贴膜，其纤维直径分布在500~700nm，拉伸强度为5.0MPa，细胞毒性为0级，即无细胞毒性。
实施例6
一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的成分及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在60℃下，按照明胶与冰乙酸的质量体积比g:mL为50:100的比例，将明胶溶于冰乙酸中，磁力搅拌3h。
（2）将天冬氨酸改性纳米羟基磷灰石加入步骤（1）所得溶液中，磁力搅拌12h，最后采用超声机分散3h，其中，天冬氨酸改性纳米羟基磷灰石质量百分比为10%，明胶的质量百分比为90%。
（3）采用真空干燥器对步骤（2）所得的纺丝液在760mm的汞柱的负压下脱泡20h。
（4）采用20号针头，设定正电压为20KV，负电压为-3.5KV，纺丝液的推注速度为0.2mm/min，针头与接收装置的距离为25cm，电源正极接针头处，负极接钢板。取步骤（3）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，将纺丝纤维采用EDC/NHS进行交联。
本实施例得到的无纺布形式的牙釉质再矿化贴膜，其纤维直径分布在400~600nm，拉伸强度为5.3MPa，细胞毒性为0级，即无细胞毒性。
实施例7
一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的成分及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在60℃下，按照明胶与冰乙酸的质量体积比g:mL为40:100的比例，将明胶溶于冰乙酸中，磁力搅拌3h。
（2）将天冬氨酸改性纳米羟基磷灰石加入步骤（1）所得溶液中，磁力搅拌12h，最后采用超声机分散3h，其中，天冬氨酸改性纳米羟基磷灰石质量百分比为40%，明胶的质量百分比为60%。
（3）采用真空干燥器对步骤（2）所得的纺丝液在760mm的汞柱的负压下脱泡20h。
（4）采用20号针头，设定正电压为20KV，负电压为-3.5KV，纺丝液的推注速度为0.2mm/min，针头与接收装置的距离为25cm，电源正极接针头处，负极接钢板。取步骤（3）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，将纺丝纤维采用戊二醛进行交联。
本实施例得到的无纺布形式的牙釉质再矿化贴膜，其纤维直径分布在400~600nm，拉伸强度为5.3MPa，细胞毒性为0级，即无细胞毒性。
实施例8
一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的成分及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在60℃下，按照明胶与冰乙酸的质量体积比g:mL为50:100的比例，将明胶溶于冰乙酸中，磁力搅拌3h。
（2）将丝氨酸改性纳米羟基磷灰石加入步骤（1）所得溶液中，磁力搅拌12h，最后采用超声机分散3h，其中，丝氨酸改性纳米羟基磷灰石质量百分比为85%，明胶的质量百分比为15%。
（3）采用真空干燥器对步骤（2）所得的纺丝液在760mm的汞柱的负压下脱泡20h。
（4）采用20号针头，设定正电压为20KV，负电压为-3.5KV，纺丝液的推注速度为0.2mm/min，针头与接收装置的距离为25cm，电源正极接针头处，负极接钢板。取步骤（3）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，将纺丝纤维采用EDC/NHS的乙醇溶液进行交联，其中EDC与NHS的质量比为9:1。
本实施例得到的无纺布形式的牙釉质再矿化贴膜，其纤维直径分布在400~600nm，拉伸强度为5.3MPa，细胞毒性为0级，即无细胞毒性。
实施例9
一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在60℃下，按照明胶与冰乙酸的质量体积比g:mL为20:100的比例，将明胶溶于冰乙酸中，磁力搅拌3h。
（2）将丝氨酸改性纳米羟基磷灰石加入步骤（1）所得溶液中，磁力搅拌12h，最后采用超声机分散3h，其中，丝氨酸改性纳米羟基磷灰石质量百分比为40%，明胶的质量百分比为60%。
（3）采用真空干燥器对步骤（2）所得的纺丝液在760mm的汞柱的负压下脱泡20h。
（4）采用20号针头，设定正电压为20KV，负电压为-3.5KV，纺丝液的推注速度为0.2mm/min，针头与接收装置的距离为25cm，电源正极接针头处，负极接钢板；取步骤（3）所得的纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，将纺丝纤维采用京尼平进行交联。
本实施例得到的无纺布形式的牙釉质再矿化贴膜，其纤维直径分布在400~600nm，拉伸强度为5.3MPa，细胞毒性为0级，即无细胞毒性。

Claims (1)

1.一种静电纺丝牙釉质再矿化贴膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）在40℃~90℃，按照明胶与冰乙酸的质量体积比g:mL为1~50:100的比例，将明胶溶于冰乙酸中，搅拌使其充分溶解；
（2）将氨基酸改性纳米羟基磷灰石加入步骤（1）所得明胶溶液中，磁力搅拌6~12h，最后超声分散1~3h，然后进行负压脱泡处理得到纺丝液；
（3）取步骤（2）所得纺丝液进行静电纺丝得到纺丝纤维，将纺丝纤维采用交联剂进行交联，得到牙釉质再矿化贴膜；
步骤（2）所述的改性纳米羟基磷灰石为：采用氨基酸进行复合改性得到的纳米羟基磷灰石，所述氨基酸为甘氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸中的一种；
步骤（2）所述氨基酸改性纳米羟基磷灰石的质量百分比为0.1%~50%，明胶的质量百分比为50%~99.9%；
步骤（2）所述负压脱泡的条件为：在400~760mm汞柱的负压下脱泡10~20h；
步骤（3）所述静电纺丝条件为：所用针头为17~20号，纺丝液的推进速度为0.1~0.2mm/min，正电压为16~20KV，负电压为-3.5KV，针头与接收装置的距离为10~30cm；
步骤（4）所述的交联剂为：1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的混合物、戊二醛、京尼平或者谷氨酰胺转胺酶。
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CN107496989A (zh) * 2017-08-30 2017-12-22 昆明理工大学 一种多孔骨组织修复材料的制备方法
CN108652984A (zh) * 2018-06-08 2018-10-16 东华大学 一种羟基磷灰石纳米纤维增强硅基齿科修复复合树脂及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (4)

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Title
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《Electrospun mats of PVP/ACP nanofibres for remineralization of enamel》;Jane Fletcher等;《CrystEngComm》;20111231;3692-3697 *
《纳米羟磷灰石再矿化的实验研究》;高薇;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 医药卫生科技辑》;20060215(第2期);第16页最后一段 *
《静电纺羟基磷灰石/明胶微纳复合纤维》;梁红培等;《化学研究与应用》;20150228;第27卷(第2期);第173页右栏第2-3段 *

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