CN110859767A

CN110859767A - 生物活性玻璃组合物及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110859767A
Application number: CN201911151596.4A
Authority: CN
Inventors: 石道林
Original assignee: Individual
Current assignee: Li Xiangjun; Shi Daolin
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2020-03-06
Anticipated expiration: 2039-11-21
Also published as: CN110859767B

Abstract

本发明提供了一种生物活性玻璃组合物及其制备方法和应用，包括40～70wt％的生物活性玻璃、30～60wt％的生物活性玻璃硅凝胶、0.5～1.5wt％的钙盐以及0.01～0.1wt％的磷酸盐。本发明的技术方案通过添加的生物活性玻璃硅凝胶，可以更有效地诱导碳酸羟基磷灰石晶核的形成，利用生物活性玻璃和生物活性玻璃硅凝胶两种主要成分，将原本不具有“快速矿化”性能的成分结合为具有较好快速矿化效果的生物活性玻璃组合物，在口腔护理类等产品中具有较好的应用前景。

Description

生物活性玻璃组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于口腔生物医用材料技术领域，具体涉及一种生物活性玻璃组合物，该组合物的制备方法和应用。

背景技术

近年来，生物活性类材料在口腔清洁护理用品中应用越来越多，极大丰富了这些产品的功能和使用的功效性，常用添加的活性材料如：含氟盐、活性磷酸钙、生物活性玻璃、锶强化玻璃等成分，能有效改善口腔龋齿、牙本质敏感等问题。例如，中国授权专利CN102862985B揭示的一种可水解磷硅酸钾钙活性材料的制备及其应用中就提到，在口腔护理产品中使用可水解的磷硅酸钾钙材料。

现有技术中，已经出现了添加生物活性玻璃作为有效活性成分的牙膏，口腔临床研究发现，这类活性成分在使用过程中可以与口腔中的水和唾液发生迅速、持续的反应，释放钙、硅酸根离子，使口腔pH值瞬间上升到8～9的弱碱性，抑制细菌生长，改善口腔内环境，防止细菌在牙釉质表面持续产酸，损坏牙釉质；同时，释放的钙、磷酸根离子能填满龋齿微小缺陷，并与人体牙骨组织结合矿化，激活牙齿组织生长，填充受损牙釉质并使其融合再生，达到修复牙釉质的目的。

但是，进一步的体外研究揭示，生物活性玻璃在模拟体液内浸泡24小时后才能检测到少量的矿化羟基磷灰石形成。这意味着含有这类生物活性玻璃的牙膏也需要长时间反复使用才能达到理想的矿化效果，起效周期较长，且极大地影响了牙膏中生物活性玻璃的矿化功效和使用体验。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够快速矿化的生物活性玻璃组合物。该生物活性玻璃组合物包括：40～70wt％的生物活性玻璃、30～60wt％的生物活性玻璃硅凝胶、0.5～1.5wt％的钙盐以及0.01～0.1wt％的磷酸盐。

一实施例中，所述生物活性玻璃包括磷硅酸钠钙、磷硅酸钾钙、溶胶凝胶生物活性玻璃中的一种或几种的组合。

一实施例中，所述钙盐包括水溶性的氯化钙、硝酸钙、葡萄糖酸钙、次氯酸钙中的一种或几种的组合。

一实施例中，所述磷酸盐包括水溶性的磷酸钾、磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钙中的一种或几种的组合。

一实施例中，所述生物活性玻璃硅凝胶包括生物活性玻璃水解后生成的硅酸凝胶。

一实施例中，包括40～50wt％的生物活性玻璃、50～60wt％的生物活性玻璃硅凝胶、0.5～1.0wt％的钙盐以及0.01～0.05wt％的磷酸盐。

一实施例中，所述生物活性玻璃组合物为粉末状；其中，

所述生物活性玻璃的粒径D99小于10微米；和/或，生物活性玻璃硅凝胶的粒径D99小于10微米。

本发明还提供根据上述的生物活性玻璃组合物的制备方法，所述方法包括：

将40～70wt％的生物活性玻璃、30～60wt％的生物活性玻璃硅凝胶、0.5～1.5wt％的钙盐以及0.01～0.1wt％的磷酸盐研磨粉碎后，获得目标产物。

一实施例中，所述生物活性玻璃凝胶由生物活性玻璃经过酸洗干燥处理制得。

一实施例中，所述方法还包括将所述目标产物均匀分散在凝胶中。

本发明还提供根据上述的生物活性玻璃组合物在口腔护理产品中的应用。

本发明具有以下有益效果：通过添加的生物活性玻璃硅凝胶，可以更有效地诱导碳酸羟基磷灰石晶核的形成，而在晶核形成后，钙磷化合物的析出在pH值大于7.4的体液中是一个自发过程，一旦沉析过程发生，固相将持续自我催化，实现了利用生物活性玻璃和生物活性玻璃硅凝胶两种主要成分，将原本不具有“快速矿化”性能的成分结合为具有较好快速矿化效果的生物活性玻璃组合物，在口腔护理类等产品中具有较好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请生物活性玻璃组合物各实施例与对比例浸泡后的红外光谱分析图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明一具体实施方式提供的生物活性玻璃组合物，包括40～70wt％的生物活性玻璃、30～60wt％的生物活性玻璃硅凝胶、0.5～1.5wt％的钙盐以及0.01～0.1wt％的磷酸盐。

在更优选的实施方式中，生物活性玻璃组合物可以包括40～50wt％的生物活性玻璃、50～60wt％的生物活性玻璃硅凝胶、0.5～1.0wt％的钙盐以及0.01～0.05wt％的磷酸盐。

上述实施方式中，钙盐的质量比例是以钙离子质量计,磷酸盐的质量比例是以磷酸根离子质量计。

研究生物活性玻璃浸泡在模拟体液(SBF)中一段时间后，其表面会生产富含磷酸钙的无机物层；并且，随着浸泡时间的延长，其表面生成物由无定型磷酸钙逐渐结晶成纳米碳酸羟基磷灰石。因此，模拟体液浸泡初期碳酸羟基磷灰石的形成能力是研究生物活性的主要依据之一。

本申请实施方式的生物活性玻璃组合物，当其和模拟体液接触时，其中的生物活性玻璃硅凝胶与模拟体液迅速作用形成碱性硅羟基团，为磷灰石的形成优先提供有利的形核位置，而组合物中钙盐和磷酸根盐溶于模拟体液释放出高浓度钙离子和磷酸根离子，这些离子在生物活性玻璃硅凝胶表面富集呈饱和/过饱和状态。同时，组合物中的生物活性玻璃溶解后可以迅速提高模拟体液的pH值至碱性，激发钙离子和磷酸根离子优先在硅凝胶表面形成磷灰石沉积物，一旦沉析过程发生，固相将持续自我催化，因此相对传统的生物活性玻璃成分具有快速矿化的效果。

在上述本申请生物活性玻璃组合物的矿化过程中，生物活性玻璃的溶解可以持续提供稳定的适宜矿化的pH环境，并且其释放的钙离子及磷酸根离子，可以维持磷灰石反应所需的钙离子和磷酸根离子的浓度，促使硅凝胶表面有持续的矿化进程，优化最终矿化效果。

本实施方式中，生物活性玻璃组合物为粉末状；其中，生物活性玻璃的粒径D99小于10微米，生物活性玻璃硅凝胶的粒径D99小于10微米。生物活性玻璃包括磷硅酸钠钙(45S)、磷硅酸钾钙、溶胶凝胶生物活性玻璃(58S)中的一种或几种的组合；钙盐包括水溶性的氯化钙、硝酸钙、葡萄糖酸钙、次氯酸钙中的一种或几种的组合，磷酸盐包括水溶性的磷酸钾、磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钙中的一种或几种的组合，生物活性玻璃硅凝胶包括生物活性玻璃水解后生成的硅酸凝胶。

在上述生物活性玻璃组合物的制备方法中，通过将设定质量比例的各组分进行研磨粉碎，即可获得目标产物。其中，为了保证形成的水溶性硅酸凝胶具有疏松的结构状态以更有效地诱导碳酸羟基磷灰石晶核形成，本实施方式中的生物活性玻璃凝胶为生物活性玻璃预先经过酸洗干燥处理制得。同时，为了便于生物活性玻璃组合物的使用保存，可以进一步将其均匀分散在凝胶中。

上述的生物活性玻璃组合物可以应用于口腔护理产品中，特别具有牙齿修复、材料再生的功效，可以应用的口腔护理产品例如包括牙膏、牙齿清洁剂、漱口水、功能性牙贴等。并且，可以理解的是，在将本发明的生物活性玻璃组合物应用到上述口腔护理产品中时，可以根据不同的产品需要采用合理的“组合物规格”，示范性地，在牙膏和漱口水中应用的生物活性玻璃组合物所需求的原料粒径规格可以不同。

以下介绍一些具体的实施例和对比例，以对本发明的生物活性玻璃组合物的应用效果做更好的解释。

为了更好地验证实施例的效果，下述实施例和对比例中，生物活性玻璃统一采用熔融法制备的45s5，生物活性玻璃硅凝胶为45s5经酸洗干燥后的粉末颗粒，水溶性钙盐为分析纯硝酸钙，磷酸盐为分析纯磷酸钠。以100g总量为计，将相应比例的各组分进行球磨机研磨粉碎后制得生物活性玻璃组合物粉末。

具体各实施例和对比例中组分的配比如下表所示：

分别取实施例1-6和对比例1-2中制得混合粉末10g，放入配置的50g人工唾液中，置于37℃的震荡水浴箱中50Hz震荡180min后，将粉末离心干燥。参图1，采用傅里叶红外光谱仪对干燥后的粉末进行分析，已知生物活性玻璃活化后，会在表面形成无定型钙磷化合物碳酸羟基磷灰石，红外图谱中位于1040cm^-1、870cm^-1、560cm^-1和601cm^-1处的反射峰为碳酸羟基磷灰石(HCA)的形成标志。因此，将这些峰出现的强弱定义为有无作为生物活性玻璃粉末活性强弱的判断，其综合分析对比如下表所示：

名称/标志峰	560cm<sup>-1</sup>	601cm<sup>-1</sup>	870cm<sup>-1</sup>	1040cm<sup>-1</sup>	是否有HCA
						对比例1	有	无	无	无	无
对比例2	有	无	有	无	无
						实施例1	有	有	有	无	有
实施例2	有	有	有	无	有
						实施例3	有	有	有	无	有
实施例4	有	有	有	无	有
						实施例5	有	有	有	无	有
实施例6	有	有	有	无	有

从图1可以看出，在1040cm^-1、870cm^-1、560cm^-1和601cm^-1处特征峰位，对比例1和2没有明显特征峰出现，而实施例1-6有较为明显的特征峰，说明本发明实施方式的生物活性玻璃组合物相对于传统的生物活性玻璃(对比例2)以及只有生物活性玻璃凝胶的组分(对比例1)，具有明显的加速磷灰石沉积的效果，快速矿化效应显著。同时可以看出，实施例1的配方组分在870cm^-1、560cm^-1和601cm^-1处特征峰位具有示出的实施例中最强的特征峰，具有较佳的诱导加速磷灰石沉积的效果。

以下进一步以实施例1和对比例1-2的组合物配方为例，采用牙釉质表面显微硬度变化模拟添加本发明生物活性玻璃组合物的牙膏的临床矿化使用效果。

取对比例1、2和实施例1的组合物粉体加入聚乙二醇的水凝胶中，混合均匀调成10wt％的凝胶状。

取拔出的牛牙一批，放入叠氮化钠消毒液中浸泡24h。用切盘沿釉牙骨质界将牙齿切开，牙冠部作为试样。将牙冠沿颊舌向纵向切开，得到颊舌向的牙釉质切片。将牙釉质切片表面朝下置于25mm*25mm*3mm的磨具中，并用自凝树脂包埋。将包埋好的样本放入自动研磨机上，牙釉质表面朝向研磨盘。将牙釉质面磨出后，用平均粒度为0.3μm的氧化铝浆抛光牙釉质表面。将处理好的牙釉质试样储存在37℃，pH值6.5～7的人工唾液中。

每次分别取1.0g对比例1、2和实施例1的凝胶放入牙釉质试样中，用软毛牙刷反复研磨十分钟后放入人工唾液中。每种凝胶对应10个编号的牙釉质样。模拟成人早晚刷两次，连续刷13天。采用维氏硬度计检验牙釉质表面显微硬度。

用水冲洗牙釉质试样表面，吹干，硬度计压头对表面施加0.49N负荷，保持15s。测量牙釉质表面处理前后表面显微硬度值。每个试样进行三次压痕试验，取平均值。其中，

表面显微硬度变化值(％)＝(凝胶处理后的牙釉质硬度平均值)/(凝胶处理后的牙釉质硬度平均值-凝胶处理前的牙釉质硬度平均值)

如上表所示，利用对比例1、2和实施例1凝胶处理后的牙釉质表面显微硬度值变化来评价玻璃组合物的矿化使用效果。由于使用时间较短，对比例和实施例表面显微硬度值变化不明显，但显示的实施例1的平均值仍略高于对比例1和2，说明实施例1的生物活性玻璃组合物的矿化性能要强于单纯的生物活性玻璃或者生物活性玻璃硅凝胶。

并且，在上述的对比说明中可以看出，本发明的技术方案利用生物活性玻璃和生物活性玻璃硅凝胶两种主要成分，将原本不具有“快速矿化”性能的成分结合为具有较好快速矿化效果的生物活性玻璃组合物，在口腔护理类等产品中具有较好的应用前景。

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。

除非另外具体陈述，否则术语“包含”、“具有”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。

除非另外具体陈述，否则本文中单数的使用包含复数(且反之亦然)。此外，除非上下文另外清楚地规定，否则单数形式“一”及“所述”包含复数形式。另外，在术语“约”的使用在量值之前之处，除非另外具体陈述，否则本发明教示还包括特定量值本身。

应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims

1.一种生物活性玻璃组合物，其特征在于，包括40～70wt％的生物活性玻璃、30～60wt％的生物活性玻璃硅凝胶、0.5～1.5wt％的钙盐以及0.01～0.1wt％的磷酸盐。

2.根据权利要求1所述的生物活性玻璃组合物，其特征在于，所述生物活性玻璃包括磷硅酸钠钙、磷硅酸钾钙、溶胶凝胶生物活性玻璃中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的生物活性玻璃组合物，其特征在于，所述钙盐包括水溶性的氯化钙、硝酸钙、葡萄糖酸钙、次氯酸钙中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的生物活性玻璃组合物，其特征在于，所述磷酸盐包括水溶性的磷酸钾、磷酸钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钙中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的生物活性玻璃组合物，其特征在于，所述生物活性玻璃硅凝胶包括生物活性玻璃水解后生成的硅酸凝胶。

6.根据权利要求1所述的生物活性玻璃组合物，其特征在于，包括40～50wt％的生物活性玻璃、50～60wt％的生物活性玻璃硅凝胶、0.5～1.0wt％的钙盐以及0.01～0.05wt％的磷酸盐。

7.根据权利要求1所述的生物活性玻璃组合物，其特征在于，所述生物活性玻璃组合物为粉末状；其中，

8.根据权利要求1至7任一项所述的生物活性玻璃组合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述生物活性玻璃凝胶由生物活性玻璃经过酸洗干燥处理制得；和/或，所述方法还包括将所述目标产物均匀分散在凝胶中。

10.根据权利要求1至7任一项所述的生物活性玻璃组合物在口腔护理产品中的应用。