CN112006918A

CN112006918A - 复合材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN112006918A
Application number: CN202010975717.3A
Authority: CN
Inventors: 李继遥; 杨佼佼; 甄理; 梁坤能; 袁鹤; 侯嫒琳
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2040-09-16
Also published as: CN112006918B

Abstract

本公开提供了一种复合材料及其制备方法和应用。制备方法包括：将单宁酸的酚羟基与丝素蛋白的酰胺键和8DSS的酰胺键结合形成氢键，合成得到复合材料，8DSS包括8个重复序列的天冬氨酸‑丝氨酸‑丝氨酸多肽序列。本公开以湿粘附材料为载体，赋予材料仿生再矿化功能，使材料能够在湿环境中粘附于颈部牙体组织，并保持强大的界面结合力，抵抗唾液、龈沟液的影响，持续促进再矿化，从而实现预防、终止、修复牙颈部病损的目标。

Description

复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本公开材料技术领域，更具体地，涉及一种用于口腔牙体修复的复合材料、复合材料的制备方法和应用。

背景技术

牙颈部疾病，主要指颈部龋、根面龋、楔状缺损等，是口腔临床的常见病、多发病，占口腔日常门诊半数以上。牙颈部疾病围绕颈部牙本质环形扩展，造成牙齿缺损、残冠残根，成为困扰中老年人口腔和全身健康的严重问题。

牙颈部疾病的病损多位于龈缘或龈下，是始终处于唾液、龈沟液的湿环境，该区域的口腔治疗难以完全控湿润；牙本质是颈部牙体组织的主要结构，不同于以羟基磷灰石晶体为主的牙釉质，牙本质由羟基磷灰石晶体和胶原纤维共同构成，其修复具有更加的难度。如图1中所示，龋损处于唾液、龈沟液干扰的湿环境。

目前，对成洞的牙颈部病损，采用复合树脂粘接或玻璃离子水门汀充填，若在牙面湿润情况下粘固，水分子将阻碍材料铺展，造成粘接强度下降，修复失败。对非成洞的牙颈部病损，采用氟保护漆(常用含氟制剂)处理，其基质是以乙醇作溶剂的天然高分子物质(松香树脂或虫胶)，涂覆于牙面后乙醇挥发、松香树脂凝固成薄膜。该薄膜缺少粘接基团，无法与牙面形成稳固粘接，易脱落，无法提供长效稳定的药物释放。此外，诱导的再矿化仅是在牙面沉积无序的矿物晶体和浅表矿化层。

基于牙颈部的环境结构特点和牙颈部疾病的病损特点，以及现有修复材料和技术的局限，牙颈部疾病的防治成为口腔临床牙体修复的公认难题。

发明内容

示例性实施例提供了一种能够在口腔牙颈部湿环境中吸附粘接、并持续矿化修复的牙体修复材料。

本公开的一方面提供了一种用于口腔牙体修复的复合材料的制备方法，制备方法包括：将单宁酸的酚羟基与丝素蛋白的酰胺键和8DSS的酰胺键结合形成氢键，合成得到复合材料，8DSS包括8个重复序列的天冬氨酸-丝氨酸-丝氨酸多肽序列。

根据本公开的实施例，制备方法可以包括：获取丝素蛋白水溶液；获取单宁酸溶液；合成所述8DSS；以及将所述8DSS加入单宁酸溶液中，再与所述丝素蛋白水溶液混合交联，得到复合材料。

根据本公开的实施例，获取丝素蛋白水溶液的步骤可以包括：将蚕茧于浓度为0.1～1wt％的Na₂CO₃溶液中煮沸0.5～4h，洗去丝胶，并将产物置入40～90℃、7～14M溴化锂溶解2～6h，去离子水透析1～4d，收集所述丝素蛋白水溶液。

根据本公开的实施例，合成8DSS的步骤可以包括：利用多肽合成仪合成8个重复序列的天冬氨酸-丝氨酸-丝氨酸多肽序列，经浓度为80～100wt％的三氟乙酸洗脱、分离纯化得到所述8DSS粉末。

根据本公开的实施例，丝素蛋白水溶液的浓度可以为2～30wt％，单宁酸溶液的浓度可以为2～30wt％。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于口腔牙体修复的复合材料，复合材料为：

根据本公开的又一方面，提供了如上所述的复合材料用于修复牙齿的用途，其包括：将复合材料涂覆于牙齿表面。

与现有技术相比，本公开能够实现在口腔牙颈部湿环境中吸附粘接、并持续矿化修复。

附图说明

附图示出了发明构思的示例性实施例，并与说明一起用于解释发明构思的原理，附图被包括以提供对发明构思的进一步的理解，并且附图并入该说明书中并组成该说明书的一部分。

图1是牙颈部龋损的示意图。

图2A、图2B和图2C分别是本公开的复合材料修复牙本质一周后的表面、牙本质小管截面和牙本质胶原纤维的扫描电镜图。

图3示出了根据本公开的复合材料用于修复牙齿的示意图。

附图标记说明：

1-牙龈，2-龈沟液，3-唾液，4-龋损组织，5-TA-SF-8DSS复合材料。

具体实施方式

根据本公开的示例性实施例的用于口腔牙体修复的复合材料的制备方法包括：将单宁酸的酚羟基与丝素蛋白的酰胺键和8DSS的酰胺键结合形成氢键，合成得到复合材料(TA-SF-8DSS)，其中，8DSS包括8个重复序列的天冬氨酸-丝氨酸-丝氨酸多肽序列。

其中，单宁酸(tannic acid,TA)是从植物中提取的多酚性化合物，为水溶性水解类单宁中的一种，广泛存在于水果、蔬菜、坚果、茶和咖啡中。TA富含邻苯二酚结构，具有极强的水相粘附能力。但TA极佳的水溶性导致其作为湿粘附材料时容易被水洗脱。因此，将单宁酸与其他聚合物共组装，有利于设计和合成生物粘接剂并发挥单宁酸的抗菌、交联蛋白质的功能。

丝素蛋白纤维(Silk Fibroin,SF)是从蚕丝中提取的一种天然蛋白，具有良好的生物相容性、生物降解性和可调的机械性能，已广泛用于缝线、粘合剂等生物医学领域。在TA中加入SF，用SF改良TA的TA-SF水凝胶复合材料，降低了TA的水溶性、增加了塑形性。申请人发现，在水相条件下(即，在水或者含水溶液中)TA通过邻苯二酚结构的酚羟基(-OH)与SF的酰胺键(-CONH-)发生交联，形成了具有β-折叠构象的纳米纤维水凝胶网络TA-SF，在保持TA水相粘附能力的同时，显著降低了材料的水溶性，提升了塑形性。具体的，TA-SF水凝胶复合材料形成过程中SF二级结构变化，分子模拟显示，TA与SF之间形成了大量氢键，显著改变了SF的二级结构，使材料具有良好的塑形性。

为了适应口腔唾液、龈沟液干扰的湿环境，以及牙颈部的形态解剖结构特征，本公开基于TA-SF湿粘附体系，设计用于口腔牙体修复的湿粘附材料。

8DSS是8个串联重复排列的天冬氨酸-丝氨酸-丝氨酸(DSS)组成的酸性多肽，来源于牙本质非胶原蛋白(non-collagenous proteins,NCPs)中最重要的成分—牙本质磷蛋白(dentin phosphoprotein,DPP)。受DPP结构和功能启迪，设计了一系列短肽，发现8个串联重复排列的DSS(8DSS)与HA的亲和力最大，调控矿物沉积的能力最强，8DSS是优异的仿生再矿化模板。牙釉质模型的研究发现，带强负电荷的8DSS可通过静电作用力吸附于脱矿牙釉质表面，吸引钙磷离子，促进HA的成核、聚集，形成矿物晶体。申请人用8DSS处理脱矿牙本质，发现8DSS可强力吸附于暴露的胶原纤维网和HA残基，并进一步吸引钙磷离子，促进HA晶体在牙本质小管内及小管间成核、生长，实现牙本质仿生再矿化。利用8DSS成功在脱矿牙本质中诱导HA晶体再生(如图2A中所示)，实现牙本质小管封闭(如图2B中所示)以及牙本质胶原纤维再矿化(如图2C中所示)。

8DSS具有针对牙本质的特殊结构牙本质小管封闭和牙本质胶原矿化的模版优势，而牙颈部又是以牙本质为主要结构的硬组织；8DSS与SF同为蛋白质类材料，富含酰胺键。为了解决唾液、龈沟液“湿环境”影响牙体修复材料粘接、矿化；牙颈部病损对修复材料的塑形需求的科学问题，本公开提出将8DSS与TA-SF复合，构建具有仿生再矿化功能的湿粘附材料，即基于邻苯二酚结构的TA-SF-8DSS复合材料。

根据本公开，TA作为材料的交联点，通过其酚羟基(-OH)与SF和8DSS的酰胺键(-CONH-)结合构建TA-SF-8DSS复合材料。在实施例中，TA-SF-8DSS复合材料的制备方法可以包括：获取丝素蛋白水溶液；获取单宁酸溶液；合成8DSS；将8DSS加入单宁酸(PBS)溶液中，再与丝素蛋白水溶液混合交联，得到复合材料。

其中，获取丝素蛋白水溶液的步骤可以包括：将市购蚕茧于浓度为0.1～1％(低于该浓度效果不佳，高于该浓度浪费样品)的Na₂CO₃溶液中煮沸0.5～4h(低于该时间不能完全溶解，高于该时间得到的丝分子量很低)，洗去丝胶，并将产物置入40～90℃(低于该温度溶解不佳，高于该温度丝会进一步降解)、7～14M(低于该浓度效果不佳，高于该浓度浪费样品)溴化锂溶解2～6h(低于该时间溶解不佳，高于该时间丝会进一步降解)，去离子水透析1～4d(低于该时间透析不完全，高于该时间丝会纤维化)，收集丝素蛋白水溶液。

合成8DSS的步骤可以包括：利用多肽合成仪合成8个重复序列的天冬氨酸-丝氨酸-丝氨酸多肽序列，经浓度80～100％(低于该浓度不能完全脱去多肽序列的保护基团)的三氟乙酸洗脱、分离纯化得到8DSS粉末。

其中，可以将8DSS加入到2～30wt％单宁酸(PBS)溶液中，再与2～30wt％SF水溶液以不同比例混合交联，制备不同配比的TA-SF-8DSS。单宁酸(PBS)溶液与SF水溶液的体积比可以为19：1至1：19，如果超出该范围则不能成胶，即，不能形成目标产物，目标产物的形态是胶。优选地，单宁酸(PBS)溶液与SF水溶液的体积比可以为6：4。

合成路线如下所示：

可以看出，在上式中，利用TA分别与SF和8DSS间的氢键作用，合成了复合材料TA-SF-8DSS。

在一个示例性实施例中，复合材料的制备方法包括：

S1、将市购蚕茧于浓度为0.5wt％的Na₂CO₃溶液中煮沸1h，洗去丝胶，并将产物置入60℃、9.3M溴化锂溶解4h，去离子水透析4d，收集丝素蛋白水溶液。

S2、利用多肽合成仪合成8个重复序列的天冬氨酸-丝氨酸-丝氨酸多肽序列，经浓度为95wt％的三氟乙酸洗脱、分离纯化得到8DSS粉末。

S3、将8DSS粉末加入到10wt％单宁酸(PBS)溶液中，再与10wt％SF水溶液以6：4体积比混合交联，制备得到复合材料TA-SF-8DSS。

如图3中所示，在如图1中所示的龋损组织4的表面上铺展合成的复合材料TA-SF-8DSS 5，经再矿化修复龋损材料降解。可以看出，该复合材料在口腔湿环境中能够牢固结合牙面，维持粘附并持续实施再矿化，同时能够以适当的塑形性和降解性使再矿化功能最大化。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于口腔牙体修复的复合材料，复合材料为上述制备方法制备得到的TA-SF-8DSS复合材料，其结构式如下所示：

根据本公开的又一方面，上述复合材料用于修复牙齿的用途，其包括：将上述复合材料涂覆于牙齿表面(例如，龋损部位)。上述复合材料在唾液中持续再矿化，实现修复牙齿的龋损部位的目标。

本公开提供了一种具备湿粘附功能的复合材料，以适应牙颈部难以控制的湿环境和牙颈部结构与病损的需求。本公开以湿粘附材料为载体，赋予材料仿生再矿化功能，使材料能够在湿环境中粘附于颈部牙体组织，并保持强大的界面结合力，抵抗唾液、龈沟液的影响，持续促进再矿化，从而实现预防、终止、修复牙颈部病损的目标。

虽然已经在这里描述了特定示例性实施例和实施方式，但是其它的实施例和修改将通过该描述而明显。因此，发明构思不限于这样的示例性实施例，而是限于所提出的权利要求以及各种明显修改和等同设置的更宽范围。

Claims

1.一种用于口腔牙体修复的复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

将单宁酸的酚羟基与丝素蛋白的酰胺键和8DSS的酰胺键结合形成氢键，合成得到所述复合材料，所述8DSS包括8个重复序列的天冬氨酸-丝氨酸-丝氨酸多肽序列。

2.根据权利要求1所述的用于口腔牙体修复的复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

获取丝素蛋白水溶液；

获取单宁酸溶液；

合成所述8DSS；以及

将所述8DSS加入单宁酸溶液中，再与所述丝素蛋白水溶液混合交联，得到所述复合材料。

3.根据权利要求2所述的用于口腔牙体修复的复合材料的制备方法，其特征在于，所述获取丝素蛋白水溶液的步骤包括：

将蚕茧于浓度为0.1～1wt％的Na₂CO₃溶液中煮沸0.5～4h，洗去丝胶，并将产物置入40～90℃、7～14M溴化锂溶解2～6h，去离子水透析1～4d，收集所述丝素蛋白水溶液。

4.根据权利要求2所述的用于口腔牙体修复的复合材料的制备方法，其特征在于，所述合成8DSS的步骤包括：

利用多肽合成仪合成8个重复序列的天冬氨酸-丝氨酸-丝氨酸多肽序列，经浓度为80～100wt％的三氟乙酸洗脱、分离纯化得到所述8DSS粉末。

5.根据权利要求2所述的用于口腔牙体修复的复合材料的制备方法，其特征在于，所述丝素蛋白水溶液的浓度为2～30wt％，所述单宁酸溶液的浓度为2～30wt％。

6.一种用于口腔牙体修复的复合材料，其特征在于，所述复合材料为

。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的复合材料用于修复牙齿的用途，其包括：将所述复合材料涂覆于牙齿表面。