CN110507547A - 一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料及其制备方法与应用。该基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料由固体粉末和调和液两部分组成，将固体粉末与调和液分开包装，使用时进行现场调和，混合均匀后覆盖于牙髓暴露处对牙髓进行保存，固体粉末与调和液的调拌比例为1.0‑2.0g/mL。其中，固体粉末为溶胶‑凝胶法结合模板剂法制备的SiO‑CaO‑P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃，调和液为壳聚糖‑磷酸盐缓冲溶液。本发明的活髓保存材料可以保护牙髓免受外界环境的刺激，具有良好的生物活性。同时，本发明制备工艺与设备简单，操作简便，成本较低，易于推广，具有良好的应用前景。

Description

一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料及其制 备方法与应用

技术领域

本发明属于活髓保存材料领域，具体涉及一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料及其制备方法与应用。

背景技术

牙髓是牙齿中唯一的软组织，负责给牙髓细胞、成牙本质细胞等提供所需的营养和氧气，同时其可不断形成牙本质。在日常生活中，由于外伤、龋齿、手术等因素都会导致牙髓暴露，因为牙髓的不可再生性，活髓保存是治疗牙髓暴露最理想的手段。目前临床上最常用的盖髓材料有氢氧化钙、三氧化矿物凝聚体，但由于其各自存在的不足，还不能完全满足理想活髓保存材料的要求。

氢氧化钙已被广泛运用于临床上，但其也存在一些副作用。氢氧化钙为一种强碱性材料，当其与牙髓表面直接接触时，会使得接触部位pH升高，导致牙髓由于强碱性而产生炎症反应甚至是导致牙髓坏死，对于细胞具有较大的毒性。同时，其对于具有炎症的牙髓也没有消炎作用。

三氧化矿物凝聚体近年来大量运用于活髓保存，但其操作性差、凝结时间长达4h，这大大增加了医生和患者的时间成本；且价格昂贵，限制了其使用范围；另外，三氧化矿物凝聚体无法降解，属于不可降解的替代性材料，不能对盖髓部位进行原位修复。

生物活性玻璃具有可控的形貌和结构，可以通过改变制备工艺以及各组分的含量对其进行调节，满足不同的临床要求。此外，生物活性玻璃具有良好的生物活性，在体液中会释放出大量的离子来刺激细胞的某些特定基因的表达从而控制细胞的行为。生物玻璃颗粒的碱性要比氢氧化钙盖髓材料小的多，因此直接接触牙髓时不会产生刺激牙髓组织导致牙髓炎症甚至是牙髓组织坏死的情况。生物活性玻璃还具有良好的生物相容性以及矿化形成羟基磷灰石的能力，有利于加速形成修复性牙本质。

近年来有研究将生物活性玻璃应用于盖髓治疗，如专利申请CN104644455A中通过改变玻璃组分来调节材料的物化性能。但是该专利申请中制备的玻璃并不是通用的成分含量，而且其设计组分与实际组分相差较大，组分不稳定，不适合临床推广，因此本发明以通用组分且成分稳定的微纳米球形玻璃为基础，制备了活髓保存材料。

发明内容

本发明的目的是针对现有活髓保存材料凝结时间长的不足，提供了一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料及其制备方法与应用，该材料用作盖髓剂时凝结时间短，具有良好的生物相容性以及诱导形成修复性牙本质层能力，能够促进组织修复。同时，本发明制备工艺与设备简单，操作简便，成本较低，易于推广，具有良好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明至少通过以下技术方案之一实现。

一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料，由固体粉末和调和液两部分组成；所述固体粉末为溶胶-凝胶法结合模板剂法制备的SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃；所述调和液为壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液。

进一步地，所述固体粉末与调和液的调拌比例为1.0-2.0g/mL。

进一步地，所述SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃中，SiO₂、CaO和P₂O₅的摩尔比为60：36：4。。

进一步地，所述SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃的粒径为200-800nm。

进一步地，所述壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液中，壳聚糖的质量体积浓度为0.005-0.02mg/ml，磷酸盐的摩尔浓度为1-5mol/L。

以上所述的一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃的制备：将模板剂溶于乙醇和水的混合溶液中，搅拌均匀，然后依次加入正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、四水硝酸钙，形成乳白色溶液，充分反应后获得白色沉淀物，然后离心、干燥、热处理得到所需SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃粉体；

（2）壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液的制备：将壳聚糖溶于醋酸，搅拌至透明粘稠状溶液，再加入磷酸氢二钾和磷酸二氢钠，得到壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液；

（3）生物活性玻璃/壳聚糖活髓保存材料的制备：将SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃粉体与壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液分开包装，使用时进行现场混合均匀，所得糊状物固化后得到基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料。

进一步地，步骤（1）中，所述模板剂为十二胺。

进一步地，步骤（1）中，所述乙醇和去离子水的混合溶液中其体积比为3-6 ：1。

进一步地，步骤（1）中，整个反应过程采取水浴加热，反应温度控制在30-50℃。

进一步地，步骤（1）中，加入正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、四水硝酸钙的时间间隔为20-40min。

进一步地，步骤（1）中，静置得到的白色沉淀物干燥条件为50-80℃干燥24-36 h。

进一步地，步骤（1）中，所述热处理为600-700℃处理3-4 h。

以上所述的一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料的应用，其特征在于，该材料用作盖髓剂。

进一步地，使用时，将固体粉末与调和液进行现场调和，混合均匀后覆盖于牙髓暴露处对牙髓进行保护。

该复合材料调拌获得的糊状物的固化涉及到生物活性玻璃、磷酸盐与壳聚糖三者间的相互作用。因此，可以通过改变固液比，调和液中各组分浓度等调节复合材料的各项物化性能。生物玻璃在磷酸盐溶液中会在玻璃颗粒间迅速生成大量的羟基磷灰石，其次其会使得溶液呈碱性引起壳聚糖的凝胶化，同时壳聚糖与羟基磷灰石间会有化学键的结合，以上反应的共同作用导致了材料的固化。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及效果：

（1）本发明选取的固体粉末为生物活性玻璃，具有良好的生物活性和生物相容性以及矿化形成羟基磷灰石的能力，其在体液环境中还可以通过离子的释放，促进牙髓细胞向成牙本质细胞分化诱导形成修复性牙本质层。

（2）生物活性玻璃和壳聚糖均可以在人体体液中完全降解，从而形成生物组织的原位修复。

（3）本发明基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料用作盖髓剂的凝结时间短，减少了医生和患者的时间成本。

（4）本发明制备工艺与设备简单，操作简便，成本较低，易于推广，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1中采用模板法结合溶胶-凝胶法制备的微纳米生物活性玻璃微球的钨灯丝扫描电镜图。

图2a分别为本发明实施例2中制得的基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料养护3 d 后表面微观结构的钨灯丝扫描电镜图。

图2b、图2c分别为本发明实施例2中制得的基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料养护3 d 后的X射线衍射图谱和傅里叶红外光谱图。

图3为本发明实施例2中制得的基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料养护3 d 后浸泡在模拟体液中1天后材料表面微观结构的钨灯丝扫描电镜图。

图4为本发明实施例2中制得的基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料养护3 d 后浸泡在模拟体液中7天后材料表面微观结构的钨灯丝扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式

不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

（1）生物活性玻璃粉体的制备：

采用模板法结合溶胶-凝胶法制备微纳米生物活性玻璃粉体的具体流程如下：先将250mL去离子水和800 mL无水乙醇混合获得混合溶液，再加入40 g十二胺（DDA），放置于恒温水浴锅中于40°C下磁力搅拌至十二胺完全溶解；接着采用注射泵以0.5 mL/min的注射速度加入正硅酸乙酯，在此过程中随着正硅酸乙酯的加入溶液逐渐变浑浊呈现出乳白色，待217.34 mL正硅酸乙酯加入完毕后搅拌30min；再用注射泵以1mL/min的速度加入磷酸三乙酯，待22.02 mL磷酸三乙酯加入完毕后搅拌30min；然后称取137.47 g四水合硝酸钙溶于200 mL的去离子水中，加热至40°C后缓慢加入反应溶液中；将得到的乳白色溶液继续搅拌3h，随后放置室温陈化24h；最后将得到的玻璃溶胶用无水乙醇和去离子分别洗涤数次后离心得到白色沉淀，置于60°C干燥箱干燥24h，再置于650°C的马弗炉中热处理3 h，即得200-800 nm的生物活性玻璃粉体，该生物活性玻璃微球的钨灯丝扫描电镜图如图1所示。

（2）壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液的制备：

将0.5g壳聚糖加入100mL的1M醋酸溶液中，在室温下进行搅拌至壳聚糖完全溶解，配置成壳聚糖溶液。将22.822g磷酸氢二钾和1g磷酸二氢钠依次加入到壳聚糖溶液中，得到0.5%的壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液。

（3）基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料的制备：

将上述制备的生物活性玻璃粉体与0.5%的壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液以2g/mL调拌形成糊状物，并填入不锈钢模具中，1h后脱模，置于37°C、湿度为98%的养护箱中模拟人体环境。其初凝时间为21.2min，终凝时间为34.5min，有一定的可操作性。

实施例2

（1）生物活性玻璃粉体的制备：

采用模板法结合溶胶-凝胶法制备微纳米生物活性玻璃粉体的具体流程如下：先将25mL去离子水和80 mL无水乙醇混合获得混合溶液，再加入4g十二胺（DDA），放置于恒温水浴锅中于40°C下磁力搅拌至十二胺完全溶解；接着采

用注射泵以0.5 mL/min的注射速度加入正硅酸乙酯，在此过程中随着正硅酸乙酯的加入溶液逐渐变浑浊呈现出乳白色，待21.73 mL正硅酸乙酯加入完毕后搅

拌20min；再用注射泵以1mL/min的速度加入磷酸三乙酯，待2.2 mL磷酸三乙酯加入完毕后搅拌20min；然后称取13.75 g四水合硝酸钙溶于200 mL的去离子水中，加热至40°C后缓慢加入反应溶液中；将得到的乳白色溶液继续搅拌3h，随后放置室温陈化24h；最后将得到的玻璃溶胶用无水乙醇和去离子分别洗涤数次后离心得到白色沉淀，置于60°C干燥箱干燥24h，再置于650°C的马弗炉中热处理3 h，即得200-800 nm的生物活性玻璃粉体。

（2）壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液的制备：

将1.25g壳聚糖加入100mL的1M醋酸溶液中，在室温下进行搅拌至壳聚糖完全溶解，配置成壳聚糖溶液。将22.822g磷酸氢二钾和1g磷酸二氢钠依次加入到壳聚糖溶液中，得到1.25%的壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液。

（3）基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料的制备：

将上述制备的生物活性玻璃粉体与1.25%的壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液以1.5g/mL调拌形成糊状物，将形成的糊状物填入不锈钢模具中，1h后脱模，置于37°C、98%湿度的养护箱中模拟人体环境。其初凝时间为8.2min，终凝时间为12.8min，有一定的可操作性。

实施例3

（1）生物活性玻璃粉体的制备：

采用模板法结合溶胶-凝胶法制备微纳米生物活性玻璃粉体的具体流程如下：先将50mL去离子水和160mL无水乙醇混合获得混合溶液，再加入8 g十二胺（DDA），放置于恒温水浴锅中于40°C下磁力搅拌至十二胺完全溶解；接着采用注射泵以0.5 mL/min的注射速度加入正硅酸乙酯，在此过程中随着正硅酸乙酯的加入溶液逐渐变浑浊呈现出乳白色，待43.46mL正硅酸乙酯加入完毕后搅拌40min；再用注射泵以1mL/min的速度加入磷酸三乙酯，待4.4mL磷酸三乙酯加入完毕后搅拌40min；然后称取27.48 g四水合硝酸钙溶于200 mL的去离子水中，加热至40°C后缓慢加入反应溶液中；将得到的乳白色溶液继续搅拌3h，随后放置室温陈化24h；最后将得到的玻璃溶胶用无水乙醇和去离子分别洗涤数次后离心得到白色沉淀，置于60°C干燥箱干燥24h，再置于650°C的马弗炉中热处理3 h，即得200-800 nm的生物活性玻璃粉体。

（2）壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液的制备：

将2g壳聚糖加入100mL的1M醋酸溶液中，室温下进行搅拌至壳聚糖完全

溶解，配置成壳聚糖溶液。将22.822g磷酸氢二钾和1g磷酸二氢钠依次加入到壳聚糖溶液中，得到2%的壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液。

（3）基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料的制备：

将上述制备的生物活性玻璃粉体与2%的壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液以1g/mL调拌形成糊状物，将形成的糊状物填入不锈钢模具中，1h后脱模，置于37°C、98%湿度的养护箱中模拟人体环境。其初凝时间为17.4min，终凝时间为28.7min，有一定的可操作性。

对实施例1、2、3所得的一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料进行表征，由于实施例1、2、3的效果图类似，因此只提供了实施例2所得的一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料的表面扫描电镜图（见图2a）和X射线衍射图谱及傅里叶红外光谱图（见图2b、图2c）。其养护3天后，将其浸泡于模拟体液中矿化1天和7天的表面形貌扫描电镜图（见图3、图4）。观察发现，将材料浸泡在模拟体液中1天后，材料表面已被羟基磷灰石完全覆盖，表明该材料有良好的生物活性。

Claims (10)

1.一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料，其特征在于，由固体粉末和调和液两部分组成；所述固体粉末为溶胶-凝胶法结合模板剂法制备的SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃；所述调和液为壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液。

2.根据权利要求1所述的一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料，其特征在于，所述固体粉末与调和液的调拌比例为1.0-2.0g/mL。

3.根据权利要求1所述的一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料，其特征在于，所述SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃中，SiO₂、CaO和P₂O₅的摩尔比为60：36：4。

4.根据权利要求1所述的一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料，其特征在于，所述SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃的粒径为200-800nm。

5. 根据权利要求1所述的一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料，其特征在于，所述壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液中，壳聚糖的质量体积浓度为0.005-0.02mg/ml，磷酸盐的摩尔浓度为1-5mol/L。

6.制备权利要求1-5任一项所述的一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃的制备：将模板剂溶于乙醇和水的混合溶液中，搅拌均匀，然后依次加入正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、四水硝酸钙，形成乳白色溶液，充分反应后获得白色沉淀物，然后离心、干燥、热处理得到所需SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃粉体；

（2）壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液的制备：将壳聚糖溶于醋酸，搅拌至透明粘稠状溶液，再加入磷酸氢二钾和磷酸二氢钠，得到壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液；

（3）生物活性玻璃/壳聚糖活髓保存材料的制备：将SiO₂-CaO-P₂O₅三元系统为基础的微纳米球形生物活性玻璃粉体与壳聚糖-磷酸盐缓冲溶液分开包装，使用时进行现场混合均匀，得基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料。

7.权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述模板剂为十二胺，所述乙醇和水在混合溶液中的体积比为3-6 ：1，整个反应过程采取水浴加热，反应温度控制在30-50℃。

8.权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，加入正硅酸乙酯、磷酸三乙酯、四水硝酸钙的时间间隔为20-40min；静置得到的白色沉淀物干燥条件为50-80℃干燥24-36h；所述热处理为600-700℃处理3-4h。

9.权利要求1-5任一项所述的一种基于生物活性玻璃/壳聚糖的复合活髓保存材料的应用，其特征在于，该材料用作盖髓剂。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，使用时，将固体粉末与调和液进行现场调和，混合均匀后覆盖于牙髓暴露处对牙髓进行保护。