CN112261930A - 具有再矿化特性的生物活性牙科修复材料 - Google Patents

具有再矿化特性的生物活性牙科修复材料 Download PDF

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CN112261930A CN201980031658.XA CN201980031658A CN112261930A CN 112261930 A CN112261930 A CN 112261930A CN 201980031658 A CN201980031658 A CN 201980031658A CN 112261930 A CN112261930 A CN 112261930A
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Abstract

常规的牙科粘固剂缺乏某些特性，诸如对最佳再矿化的促进。本文公开的新型生物活性玻璃‑离聚物牙科和骨粘固剂配制品诱导在体内界面处的矿化，并表现出优异的处理特性(更短的凝固时间)和机械特性(改善的对牙本质的粘结强度和弯曲强度)。本发明提出了具有矿化能力的首种生物活性玻璃‑离聚物牙科粘固剂，其表现出改善的对牙齿结构的粘结强度、迅速的凝固时间和优异的机械强度。本发明的材料可以用作骨粘固剂、牙科填充物(修复材料)、用于深窝洞准备的衬剂(以避免牙根管治疗和牙齿敏感性)、或用于粘固牙冠的封填粘固剂。此外，它可以用于可流动的树脂中以用作涂层来在龋齿初始阶段(白斑)预防龋齿。

Description

具有再矿化特性的生物活性牙科修复材料
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年1月24日提交的美国专利申请16/256,566和2018年3月9日提交的美国专利临时申请号62/641,137的权益和优先权，将这些申请的全部内容通过引用以其全文全部并入本文。
技术领域
本发明涉及牙科粘合剂组合物及其制备和使用方法。
背景技术
已知玻璃-离聚物粘固剂(GIC)可用作牙科修复材料。GIC由玻璃离聚物粉末形成，所述玻璃离聚物粉末包括精细研磨的陶瓷粉末，其主要组分是二氧化硅(SiO2)、作为助熔剂的氧化铝(Al2O3)和氟化钙(CaF2)、氟化钠(NaF)和冰晶石(Na3AlF6)或磷酸铝(AlPO4)。磷酸盐和氟化物盐用于改性和控制粘固剂的凝固特征。通常，GIC主要由氧化铝和二氧化硅形成，这两者形成了玻璃的骨架。通过使离子可浸出的铝硅酸盐玻璃粉与多元酸诸如聚丙烯酸(聚链烯酸)的水性溶液反应来形成玻璃-离聚物粘固剂。GIC凭借其以下特性而众所周知：对牙齿结构和基底金属的直接粘附性；由于释放氟化物而具有的抗龋齿性；低收缩性，从而使得最大程度减少牙齿-牙釉质界面处的微渗漏；生物相容性和低细胞毒性。
然而，常规的GIC具有许多缺点，诸如缺乏再矿化特性、与牙齿结构的粘结强度低、凝固时间长、脆性、抗压强度差和抗断裂性差，所有所述缺点都限制了其实用性。因此，需要改善玻璃离聚物粘固剂(GIC)的生物学特性和物理特性。
发明内容
本发明提供了生物活性修复材料及其制备和使用方法。更具体地，本发明涉及新型聚多巴胺(PDA)改性的氟铝硅酸盐玻璃生物陶瓷颗粒组合物的开发，以及这些组合物在牙科应用和骨科应用中的用途(例如作为骨粘固剂用于加速骨折愈合和用于骨骼缺陷的骨再生/修复)。如下所公开，本文公开的玻璃-离聚物粘固剂配制品可以刺激例如粘固剂-牙齿界面处的矿物羟基磷灰石形成和自然再矿化过程。另外，由于在本发明的组合物中使用聚多巴胺的方式，该粘固剂表现出对牙本质牙齿结构的优异粘结强度，以及许多其他非常理想的机械特性。
如下所述，本文公开的粘固剂组合物可诱导三级牙本质形成、降低敏感性、防止继发性龋以及防止微渗漏。这种新型玻璃-离聚物牙科粘固剂的实施方案被形成为具有明确定义的凝固时间，并且可以用作修复材料、窝洞衬剂或封填粘固剂(luting cement)。另外，因为玻璃-离聚物配制品可以在牙齿表面上再生羟基磷灰石层并粘结到牙齿结构，所以这种材料可用于多种牙科程序，诸如涉及直接/间接牙髓覆盖的那些程序。
根据以下详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将对本领域技术人员显而易见。然而，应当理解，详细描述和具体实施例虽然指明本发明的一些实施方案，但仍通过说明而非限制的方式给出。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本发明的范围内进行许多改变和修改，并且本发明包括所有此类修改。
附图说明
被视为本发明的主题在说明书的结论部分特别指出并明确要求进行保护。然而，在结合附图阅读时，通过参考以下详细描述，可以最好地理解本发明(对组织和操作方法来说皆是如此)及其目的、特征和优点，在附图中：
图1.A.制造聚多巴胺(PDA)涂覆的玻璃颗粒和含PDA的玻璃离聚物粘固剂的图解。B.和C.确认PDA层在氟铝硅酸盐玻璃颗粒的表面上的形成的XPS分析。
图2.与金标准可商购获得的玻璃离聚物修复材料(Fuji
Figure BDA0002767863150000021
)相比，新型的含PDA的GIC的机械特性的比较分析：A.抗压强度，B.弯曲强度，C.剪切粘结强度和D.表面硬度。E.对凝固时间和工作时间的分析确认了快速凝固粘固剂的形成，同时给予临床医生足够的工作时间。F.与对照组的粘合破坏模式相比，通过粘固剂中的内聚破坏模式确认了本发明修复材料的粘结强度的显著改善。*p<0.05。NS：不显著。
图3.A和B.对本发明的含PDA的玻璃离聚物材料的再矿化能力的确认。在人工唾液中浸泡1天和7天后，在本发明材料的表面上观察到显著量的矿化。在第1天注意到由白色箭头所示的矿化开始，其在第7天导致显著量的矿化。然而，对于对照组未观察到矿化(FujiIX
Figure BDA0002767863150000031
参见B中的下部图片)。确认在本发明玻璃离聚物的表面上存在具有羟基磷灰石相关峰的矿化组织，而对照组仅显示出与凝固粘固剂相关的峰的FTIR分析(图3C)。D.对基于图3A和图3B的矿化区域的半定量分析。***p<0.001。SEM图像EHT＝10.00kV。
图4.A和B.本发明的含PDA的玻璃离聚物具有在腐烂的牙本质结构的界面处再矿化的能力。它还能够密封牙本质小管(白色箭头)，这将有助于降低敏感性和材料与牙齿结构界面处的牙本质再生。然而，对于对照组(C)未观察到该现象。D.用于比较的不含任何修复材料的腐烂牙本质的结构。数据是在37℃下的人工唾液溶液中浸泡7天后观察到的。SEM图像EHT＝10.00kV。
图5.将PDA微粒掺入HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)树脂中并且施加在牙釉质的表面上。使用蓝光固化装置使树脂凝固后，将样品放置于人工唾液中，并且在1天后使用SEM分析牙釉质表面。结果清楚地显示，用含PDA涂层处理的牙釉质试样的表面上存在大量矿化。SEM图像EHT＝10.00kV。
图6在人工唾液中1周之后，新型的DPA改性的GIC与未改性的GIC(对照)的比较。SEM分析显示出羟基磷灰石沉积在含DPA的GIC的表面上的存在。用XRD和EDX确认了结果。确认了新型粘固剂的生物活性和再矿化能力以及潜力。SEM图像EHT＝10.00kV。
图7PDA-GIC的生物相容性：使用活/死测定(Live/Dead assay)对DPSC的活力进行的定性和定量分析。在测试时间间隔下未发现统计学差异。
图8在常规培养基中培养两周后，在PDA-GIC或Fuji
Figure BDA0002767863150000032
标本上进行对DPSC培养物的牙源性基因表达分析。‘25％PDA’、‘75％PDA’、‘100％PDA’意指在总共100％GIC颗粒中，分别25％或75％或100％的颗粒被涂覆有PDA。‘倍数变化’是指没有PDA时基因表达的增加量，以及添加PDA之后的增加量。
图9在1天、7天和30天后，与Fuji
Figure BDA0002767863150000033
GIC相比，与PDA-GIC粘结之前和之后的龋牙本质的纳米硬度特性。*p<0.05，**p<0.01并且***p<0.001。
图10在1天、7天和30天后，针对与PDA-GIC或与Fuji
Figure BDA0002767863150000041
GIC粘结时的牙本质的微拉伸粘结强度值(MPa)。**p<0.01。
图11显示了在SBF中孵育之前施加在牙齿切片上的PDA/GI的图像和光谱；图11A是显示施加在牙齿上的PDA-GI的拉曼光谱图像，比例尺20μm；图11B是显示施加在牙齿上的PDA-GI的光学显微镜图像，比例尺300μm；图11C是显示牙本质小管的拉曼光谱图像，白色箭头指示小管，比例尺20μm；图11D是显示聚多巴胺的强峰的PDA-GI的拉曼光谱；图11E是图片11A和11C的组合拉曼光谱图像，比例尺20μm；图11F是牙齿的拉曼光谱，其分别显示了有机(约2900rel.1/cm)和无机(约430/960rel.1/cm)区室的峰；图11G是显示牙本质小管的高分辨率拉曼光谱图像。
图12.指示了在10X SBF中孵育一周后PDA-GI填充物上HA晶体的生长的图像和光谱；图12A显示在10X SBF中孵育一周后PDA-GI填充物上HA晶体的形成的光学图像(比例尺30μm)；图12B显示在10X SBF中孵育一周后PDA-GI填充物上HA晶体的形成的光学图像(比例尺30μm)；图12C显示HA晶体的生长的光学图像(比例尺30μm)；图12D关于PDA和HA峰的拉曼光谱。
图13：PDA-GI填充物与牙齿切片之间的间隙填充有HA晶体；图13A显示形成的HA晶体覆盖填充物的表面、牙齿和它们之间的间隙的光学图像，比例尺30μm；图13B PDA的拉曼光谱；图13C在间隙处形成的HA晶体的拉曼光谱，其显示了PDA和HA的同时峰，这表明源自PDA-GI填充物的碳酸化磷灰石的形成；图13D在间隙处形成的HA晶体的拉曼光谱；图13E显示填充物上PDA聚集体的形成的深度拉曼图像(归于图13B图像)；图13F显示在间隙处HA晶体的形成的深度拉曼图像(归于图13D图像)。
图14显示了在10X SBF中孵育7天后，对PDA-GI界面的进一步分析。图14A显示在10X SBF中孵育一周后PDA-GI填充物上HA晶体的形成的光学图像(比例尺30μm)；图14B指示PDA峰的拉曼光谱；图14C指示HA峰的拉曼光谱；图14D在填充物表面处形成的HA晶体的拉曼光谱，其显示了PDA和HA的并存峰，这表明源自PDA-GI填充物的碳酸化磷灰石的形成；图14E显示在填充侧14E处PDA聚集体物的形成的深度拉曼图像(归于图像14B)，比例尺100μm；图14F显示在填充侧14E处HA晶体的形成的深度拉曼图像(归于图像14C)，建议出在PDA聚集体周围更好地形成HA晶体，比例尺100μm；图14G图像14E和14F的组合拉曼图像，比例尺100μm；图14H显示PDA聚集体和HA晶体的形成的深度拉曼图像。
图15是显示羟基磷灰石(HA)晶体形成的拉曼光谱。注意到在约429/593/962cm-1处的三个HA峰。
此外，应了解，为了说明简单且清楚起见，图中所示的元件未必按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些要素的尺寸可以相对于其他的要素放大。
具体实施方式
玻璃离聚物粘固剂(GIC)是由Wilson等人在1969年在英国政府化学家实验室(Laboratory of the Government Chemist)发明的。这些材料是基于水的粘固剂，也称为聚烯酸酯粘固剂。它们是基于铝硅酸盐玻璃与聚丙烯酸之间的反应，并且粘固剂形成是由组分之间的酸-碱反应引起的。玻璃离聚物名称是由玻璃粉和含有羧酸的离聚物的配方衍生而来的。这些粘固剂对牙齿结构具有粘附性并且是半透明的。凝固的粘固剂的基质是具有高度交联结构的无机-有机网络。引入的首种玻璃离聚物粘固剂(GIC)具有缩写“ASPA”，并且由粉末形式的氧化铝-硅酸盐玻璃和液体形式的聚丙烯酸组成。该产品首先在欧洲(DeTrey公司和Amalgamated Dental公司)销售，并且后来在美国销售。玻璃离聚物粘固剂具有理想的特性，诸如对湿牙齿结构的粘附性和抗龋齿作用(由于氟化物释放)。此外，玻璃离聚物的热膨胀系数接近牙齿结构的热膨胀系数，并且它们是生物相容性的。由于这些独特的特性，GIC作为牙科修复材料非常有用且非常重要。
然而，除了其优点之外，GIC具有许多缺点，诸如缺乏再矿化特性、与牙齿结构的粘结强度低、凝固时间长、脆性、抗压强度差和抗断裂性差，所有所述缺点都限制了其实用性。因此，需要改善玻璃-离聚物粘固剂(GIC)的生物学特性和物理特性。
在本发明中，引入了新型的生物活性牙科修复材料。这种新的牙科材料是基于具有再矿化能力的玻璃-离聚物粘固剂。此外，这种新的玻璃-离聚物粘固剂配制品表现出增强的物理(快速凝固时间)和机械强度以及对牙齿结构的增强的粘附性以便应用于牙科和骨科中。
本发明涉及新型的聚多巴胺(PDA)改性的氟铝硅酸盐玻璃生物陶瓷颗粒的合成和所述颗粒在牙科和骨科中的应用。这种新型的玻璃-离聚物配制品刺激粘固剂牙齿界面处的矿物羟基磷灰石形成和自然再矿化过程、诱导三级牙本质形成、降低敏感性、防止继发性龋以及防止微渗漏。另外，由于PDA的存在，开发的粘固剂表现出对牙本质牙齿结构的优异粘结强度，呈现出迅速的凝固时间和优异的机械特性。这种新型玻璃离聚物牙科粘固剂可以用作修复材料、窝洞衬剂或封填粘固剂。另外，由于它可以在牙齿的表面上再生羟基磷灰石层并粘结到牙齿结构，因此它可以用于直接/间接牙髓覆盖程序。最后，在未填充(没有任何添加剂填充物)树脂或凝胶中的PDA改性颗粒可以用作针对牙釉质白斑(龋损前)和牙本质敏感性的非处方产品。根据该方面并且在一个实施方案中，患者能够通过口腔内使用类似于漂白托盘(bleaching tray)或夜用护板(nightguard)的含有含PDA的凝胶或树脂的预制托盘。
在以下详细描述中，陈述了多个具体细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域的技术人员将理解可在不具有这些具体细节的情况下实施本发明。在其他情况下，并未对熟知的方法、程序以及组分进行详细描述，以免使本发明模糊。
在实施方案的描述中，可以参考作为本文组成部分的附图，并且在所述附图中以举例说明的方式显示了可实践本发明的具体实施方案。应当理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以利用其他实施方案，并且可以进行结构性改变。本文描述或提及的许多技术和程序是熟知的并且通常由本领域技术人员采用。除非另有定义，否则本文中使用的所有技术术语、符号和其他科学术语或专业术语旨在具有本发明所属领域的技术人员通常理解的含义。在一些情况下，为了清楚和/或为了便于参考而在本文中定义具有通常理解的含义的术语，并且本文中包含的此类定义不应被解释为表示与本领域通常理解的差异。
在一个实施方案中，本发明提供了玻璃离聚物粘固剂组合物，其包含被聚多巴胺(PDA)涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒。在一个实施方案中，聚多巴胺涂层的厚度范围在5纳米与100纳米之间。
在一个实施方案中，所述组合物还包含未被聚多巴胺涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒。在一个实施方案中，被聚多巴胺涂覆的氟铝硅酸盐玻璃微粒的相对量为所述组合物中存在的总氟铝硅酸盐玻璃微粒的1％至100％。在一个实施方案中，所述组合物中被聚多巴胺涂覆的氟铝硅酸盐玻璃微粒的相对量为所述组合物中氟铝硅酸盐玻璃微粒的总量的1％至50％、1％至95％或8％至30％。
在一个实施方案中，所述组合物还包含多元酸。在一个实施方案中，多元酸选自聚丙烯酸、衣康酸、马来酸、酒石酸或其任何组合。
在一个实施方案中，所述组合物还包含树脂。在一个实施方案中，树脂选自HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)、Bis-GMA(双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯)、TEGMA(二甲基丙烯酸三甘醇酯)或UDMA(二甲基丙烯酸尿烷酯树脂)或其任何组合。在一个实施方案中，多巴胺涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒被布置于甲基丙烯酸羟乙酯树脂内(或任何其他树脂中)。在一个实施方案中，对甲基丙烯酸羟乙酯树脂(或任何其他树脂)进行光固化。
在一个实施方案中，所述组合物在25℃下表现出小于5分钟的凝固时间。在一个实施方案中，聚多巴胺包括聚多巴胺盐酸盐。在一个实施方案中，玻璃还包含钙、钠或其组合。
在一个实施方案中，本发明提供了在牙科中使用如上文所述的粘固剂组合物的方法，所述方法包括：
·将被聚多巴胺(PDA)涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒与未被聚多巴胺(PDA)涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒混合以形成粉末混合物；
·将混合物布置于体内部位处。
在一个实施方案中，所述方法还包括：
·将龋从牙齿去除；
·在去除龋后冲洗窝洞；
·将包含PDA涂覆的玻璃颗粒的粉末与包含多元酸的液体混合；
·将含PDA的GIC直接放置于窝洞中；
从而使得粘固剂组合物对于牙齿起到修复材料或起到窝洞衬剂的作用。
在一个实施方案中，将粉末和液体混合的步骤是在去除龋后冲洗窝洞的步骤之前、与其并行或在其之后进行。根据该方面并且在一个实施方案中，本发明的方法中的某些步骤由一名专业人员进行，并且不同的步骤由另一名专业人员进行。根据该方面并且在一个实施方案中，所述方法的某些步骤与其他步骤并行进行。
在一个实施方案中，用水进行冲洗窝洞，即窝洞用水冲洗。在一个实施方案中，在用水冲洗之后，并且在将含PDA的GIC直接放置于准备好的窝洞中之前，将腔干燥。
在一个实施方案中，冲洗窝洞之后进行干燥。在一个实施方案中，将窝洞用水冲洗，然后干燥。
在一个实施方案中，在牙科中使用粘固剂组合物的方法还包括：
·将包含PDA涂覆的玻璃颗粒的粉末与包含多元酸的液体混合以形成粘固剂；
·用粘固剂装填牙冠或修复体；
·将牙冠或修复体放置于患者的口腔中；
从而使得粘固剂组合物起到封填元件的作用。
在一个实施方案中，在牙科中使用粘固剂组合物的方法还包括：
·将包含PDA涂覆的玻璃颗粒的粉末与包含多元酸的液体混合以形成粘固剂；
·以不完全的方式去除龋，从而使得受影响的牙本质层得以保留。
·将本发明的粘固剂施加至牙本质层；
从而使得粘固剂组合物起到牙髓覆盖剂的作用。
在一个实施方案中，在牙科中使用粘固剂组合物的方法还包括将粘固剂施加至牙齿，从而使得粘固剂组合物起到以下材料的作用：粘结到龋损的材料、降低牙齿敏感性的材料、促进牙齿白斑的矿化的材料、或其任何组合。
在一个实施方案中，本发明提供了使用如上文所述的颗粒组合物在牙齿的表面处产生羟基磷灰石层的方法，所述方法包括：
·将多巴胺涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒布置于树脂中；
·将组合物施加至牙齿表面上的白斑；
·通过光辐射使组合物固化。
根据该方面并且在一个实施方案中，将颗粒布置于树脂中的步骤包括将包含PDA涂覆的GIC颗粒的颗粒粉末布置于树脂中。在一个实施方案中，将颗粒与树脂混合。
在一个实施方案中，所述方法还包括通过所述组合物从患者唾液中提取钙和磷酸盐并引发再矿化。
在一个实施方案中，所述组合物施加步骤由医师或患者进行。在一个实施方案中，在未填充树脂中的所述组合物被提供为非处方(OTC)产品。在一个实施方案中，OTC产品包括预装填托盘(pre-loaded tray)，所述预装填托盘具有在未填充树脂中的PDA涂覆的玻璃-离聚物粘固剂颗粒。
在一些实施方案中，通过光固化的步骤是任选的。根据该方面并且在一个实施方案中，未进行光固化。例如，在一个实施方案中，OTC产品不需要光固化，而在一个实施方案中，产品的诊所室形式(office version)是可光固化的。在其他实施方案中，诊所室制剂(office preparation)不需要光固化。
在本发明的实施方案中，本发明的GIC组合物包含玻璃颗粒(被PDA涂覆的或未涂覆的，或其组合)、酸性聚合物或酸性共聚物或其组合。在一些实施方案中，本发明的组合物包含树脂。当掺入时，玻璃颗粒与酸性聚合物和/或与树脂的重量比可以是本领域已知范围内的任何比率。在一个实施方案中，用于形成GIC的一种或多种多元酸选自聚丙烯酸、聚乳酸、聚衣康酸、任何聚链烯酸、酒石酸或其任何组合。
在一个实施方案中，粉末是或包含涂覆有PDA的氟-氧化铝-硅酸盐颗粒。在一个实施方案中，液体是或包含丙烯酸和衣康酸的共聚物。
本发明的GIC用于各种应用，例如：
a.填充(修复)材料；
b.窝洞衬剂，用于较大填充物；
c.封填粘固剂，用于粘固牙冠和牙桥或其他修复体；
d.牙髓覆盖材料，用于龋与牙齿的牙髓非常接近的情况；
e.抗龋或抗敏剂，用于敏感性牙齿或用于具有低钙化牙釉质的牙齿。
本文公开的本发明具有许多实施方案。本发明的典型实施方案是玻璃离聚物粘固剂组合物，其包含被多巴胺(例如多巴胺盐酸盐)涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒，所述氟铝硅酸盐玻璃颗粒任选地与未被多巴胺盐酸盐涂覆的氟铝硅酸盐玻璃微粒组合。在此类组合物中，被多巴胺盐酸盐涂覆的氟铝硅酸盐玻璃微粒的相对量可以为所述组合物中存在的总氟铝硅酸盐玻璃微粒的1％至基本上100％(例如其中所述组合物中的1％至50％、1％至95％、1％至100％、5％至95％、5％至100％、8％至30％、30％至80％等的氟铝硅酸盐玻璃微粒被多巴胺盐酸盐涂覆，而所述组合物中的其他氟铝硅酸盐玻璃微粒未被聚多巴胺涂覆)。在一个实施方案中，将聚多巴胺涂覆在氟铝硅酸盐玻璃微粒上以形成厚度在5纳米与50纳米之间的层。这些氟铝硅酸盐玻璃微粒可以形成多组分混合物的粉末组分，所述多组分混合物例如为包含该第一粉末组分与第二液体组分(例如包含多元酸(诸如聚乳酸)的第二液体组分)组合的混合物。
在这些多组分玻璃离聚物粘固剂组合物中，以一定量包含涂覆氟铝硅酸盐玻璃微粒的多巴胺并且所述多巴胺以使所述组合物具有多种所需的物理/材料质量的方式布置于所述微粒上。例如，在本发明的一些实施方案中，与从不包含偶联至多巴胺盐酸盐的氟铝硅酸盐玻璃微粒的对照/比较组合物所观察到的抗压强度相比，包含氟铝硅酸盐玻璃微粒的混合物(包括偶联至多巴胺的颗粒)的组合物表现出大至少10％(例如大10％-35％)的抗压强度。在本发明的一些实施方案中，与从不包含偶联至多巴胺盐酸盐的氟铝硅酸盐玻璃微粒的对照/比较组合物所观察到的弯曲强度相比，包含氟铝硅酸盐玻璃微粒的混合物(包括偶联至多巴胺的颗粒)的组合物表现出大至少10％(例如大至少2倍)的弯曲强度。在本发明的一些实施方案中，与从不包含偶联至多巴胺盐酸盐的氟铝硅酸盐玻璃微粒的对照/比较组合物所观察到的剪切粘结强度相比，包含氟铝硅酸盐玻璃微粒的混合物(包括偶联至多巴胺的颗粒)的组合物表现出大至少10％(例如大至少2倍)的剪切粘结强度。在本发明的一些实施方案中，与从不包含偶联至多巴胺盐酸盐的氟铝硅酸盐玻璃微粒的对照/比较组合物所观察到的硬度相比，包含氟铝硅酸盐玻璃微粒的混合物(包括偶联至多巴胺的颗粒)的组合物表现出大至少10％的7天后硬度。在本发明的一些实施方案中，包含氟铝硅酸盐玻璃微粒的混合物(包括偶联至多巴胺的颗粒)的组合物表现出的对牙本质的粘附性(对基底的粘结)为从不包含多巴胺盐酸盐的对照/比较组合物所观察到的粘附性的至少2倍。
在本发明的一些实施方案中，本发明的组合物促进羟基磷灰石再矿化，例如使得在将组合物施加至牙齿表面7天之后，观察到羟基磷灰石再矿化。通常，与从不包含多巴胺盐酸盐的对照/比较组合物所观察到的羟基磷灰石再矿化相比，该羟基磷灰石再矿化大至少10％(例如，至少100％)。在本发明的一些实施方案中，将本发明的组合物布置于可用光固化的甲基丙烯酸羟乙酯树脂内。在本发明的某些实施方案中，所述组合物在25℃下表现出小于5分钟的凝固时间。
本发明的实施方案包括使用本发明的组合物例如作为恢复材料、窝洞衬剂、作为封填粘固剂、用于牙髓覆盖、作为粘结至龋损的材料、作为降低牙齿敏感性的材料；或作为促进牙齿白斑的矿化的材料的方法。在这些实施方案中，所述方法包括将粉末和液体玻璃-离聚物粘固剂组分混合在一起，然后将该混合物布置于体内部位处，在所述部位处，玻璃离聚物粘固剂起到以下材料的作用：牙科或骨修复材料/粘固剂；窝洞衬剂；封填粘固剂；牙髓覆盖粘固剂；粘结至龋齿的材料；降低牙齿敏感性的材料；或促进体内矿化的材料(例如牙齿白斑)。在本发明的某些实施方案中，将本发明的组合物用于在牙齿的表面处产生羟基磷灰石层，其中在7天后，与从不包含多巴胺盐酸盐的对照/比较组合物所观察到的羟基磷灰石再矿化相比，羟基磷灰石再矿化大至少10％(例如，至少100％)。
在一个实施方案中，本发明涉及牙科粘合剂水凝胶组合物及其制备和使用方法。
不受任何理论的束缚，据信在一些实施方案中，PDA涂层中的羟基和胺基与酸相互作用，导致增加的酸-碱反应和GIC的机械特性的增加。
在本发明的组合物中使用树脂的主要优点是使其可见光可交联。在本发明的实施方案中可以使用任何可光交联树脂，诸如Bis-GMA(双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯)、TEGMA(二甲基丙烯酸三甘醇酯)、UDMA(二甲基丙烯酸尿烷酯树脂)或HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)。
在一个实施方案中，当将颗粒组合物掺入树脂中时，在掺入后将光施加至组合物/树脂，以进行树脂交联。可以将包含所述组合物的树脂暴露于‘蓝光’灯。可以通过任何电磁辐射源固化包含所述组合物的树脂。选择辐射源的固化波长以适配所采用的具体树脂。每种树脂/聚合物的固化波长是本领域已知的。固化波长可以在UV范围内、在可见范围内或在如某些树脂所需的其他光谱范围内。可交联意指树脂在暴露于光/辐射时能够形成交联(能够变为交联的)。
在一个实施方案中，酸-碱反应触发粘固剂的凝固。在一个实施方案中，酸是由液体中的多元酸提供，并且碱是玻璃颗粒中的玻璃。
在本发明的实施方案中，所述粘固剂组合物起到以下材料的作用：修复材料、窝洞衬剂、封填粘固剂、牙髓覆盖剂、粘结至龋损的材料、降低牙齿敏感性的材料、促进牙齿白斑的矿化的材料、或其任何组合。
在其中所述粘固剂组合物起到修复材料或窝洞衬剂的作用的本发明的实施方案中，临床医生在去除龋后准备窝洞，并且将含PDA的玻璃离聚物(在将粉末和液体混合之后)直接放置于准备好的窝洞中。当用作封填粘固剂时，临床医生会用本发明的粘固剂装填牙冠或修复体，并且将修复体放置于患者的口腔中。作为牙髓覆盖材料，在当完全去除龋会使牙齿的牙髓(神经)暴露的情况下，使用本发明的粘固剂。在这种情况下，临床医生保留受影响的牙本质层，并且将本发明的粘固剂施加在其上。在所有这些情况下，都不需要附加材料。程序是在体温下进行的。
在一些实施方案中，本发明提供了使用本发明的GIC组合物在牙齿的表面处产生羟基磷灰石层的方法，所述方法包括将所述组合物施加至牙齿的表面。在一些实施方案中，该技术用于治疗牙齿结构上的初期龋(白斑)。白斑是尚未腐烂的低钙化结构。根据该方面并且在一个实施方案中，将在未填充树脂中的PDA涂覆的玻璃离聚物粘固剂的层涂覆在牙齿的表面上，然后进行光固化。本发明的材料从患者的唾液中提取钙和磷酸盐，并开始再矿化。该技术也可以由患者自己通过使用OTC产品(具有在未填充树脂中的PDA涂覆的玻璃离聚物粘固剂颗粒的预装填托盘)来进行。
被PDA涂覆的颗粒有时被称为偶联至PDA的颗粒。在本发明的实施方案中，颗粒被PDA完全涂覆。在其他实施方案中，颗粒被PDA部分涂覆。在实施方案中，颗粒的簇或聚集体被PDA涂覆(完全或部分)。本发明的实施方案包括被PDA涂覆的颗粒的集合，其中颗粒被完全涂覆、部分涂覆或者其中一些颗粒被完全涂覆而其他颗粒被部分涂覆。在一些实施方案中，将所有此类组合与未被PDA涂覆的颗粒混合，以形成本发明的颗粒组合物。在其他实施方案中，将PDA涂覆的颗粒(完全或部分或其组合)用于本发明的组合物中，而没有另外的非PDA涂覆的颗粒。根据该方面并且在一个实施方案中，在与液体酸混合之前，未将涂覆的颗粒(部分或完全或部分和完全)的集合与未涂覆的颗粒的集合混合。
本文针对包括非PDA涂覆颗粒的颗粒组合物所述的实施方案也适用于不包括非PDA涂覆颗粒的颗粒组合物。
本文针对包括非PDA涂覆颗粒的颗粒组合物的使用方法所述的实施方案也适用于不包括非PDA涂覆颗粒的组合物的使用方法。
在一些实施方案中，所使用的玻璃颗粒是FAS或包含FAS。FAS是氟铝硅酸盐。可以使用其他玻璃，例如不包含氟和/或铝离子的玻璃或包含钙、钠、磷、氟、铝、铁、硅中的任何离子/原子组合的玻璃。本文针对FAS所述的实施方案适用于来自上文所述的玻璃的任何其他玻璃。
GIC是指玻璃离聚物粘固剂。术语“离聚物”涉及用于形成粘固剂的多元酸。然而，如本领域是已知的并且鉴于玻璃颗粒在GIC粘固剂的形成中的用途，玻璃颗粒也被称为“GIC颗粒”。因此，在一些实施方案中，‘PDA涂覆的玻璃颗粒’被称为‘PDA涂覆的玻璃离聚物颗粒’或‘PDA涂覆的GIC颗粒’，并且所述术语可互换。类似地，术语“粘固剂组合物”有时用于不包含液体酸的颗粒组合物。类似地，鉴于玻璃粉在形成玻璃离聚物粘固剂中的用途，‘玻璃粉’有时也被称为“玻璃离聚物粉末”。
在一些实施方案中，对于粘固剂制备，对于粉末使用特定勺，并且已经添加了一滴液体。获得了3.6/1的粉末/液体(P/L)比。
在一些实施方案中，模制试样由粘固剂糊剂制备。根据该方面并且在一个实施方案中，在将颗粒粉末和酸性液体混合之后，在混合物处于糊剂状态时，通过将糊剂倒入相关模具中来制备试样。
根据该方面并且在一个实施方案中，混合的粉末和液体形成糊剂。一段时间后，糊剂凝固并变硬。
本发明的颗粒可以具有从纳米(nm)至毫米(mm)的任何直径(或其他尺寸)范围。在一些实施方案中，本发明的颗粒是微粒(具有微米级直径的颗粒)。在一些实施方案中，用于本发明的玻璃颗粒的集合(在施加PDA涂层之前)包括微粒、纳米颗粒或其任何组合。在一些实施方案中，微粒是直径范围在1微米与1000微米之间的颗粒。本发明的颗粒的粉末或集合可以是单分散的(即，包含相同或相似大小的颗粒，即，颗粒集合具有窄的大小分布)，或者其可以包含具有大的大小分布的颗粒。本文针对微粒所述的实施方案也适用于其他尺寸的颗粒。
在一个实施方案中，本发明的颗粒上的PDA涂层的厚度范围为5nm至50nm。在其他实施方案中，PDA涂层厚度范围为1nm至100nm、5nm至100nm、1nm至1微米、1nm至100微米。适用于GIC应用的任何其他涂层厚度都包括在本发明的实施方案中。
在一些实施方案中，颗粒的涂覆完全的。在一些实施方案中，颗粒被PDA完全涂覆。在其他实施方案中，颗粒被PDA部分涂覆。在一些实施方案中，颗粒被涂覆超过50％。在其他实施方案中，颗粒被PDA涂覆少于50％。用于本发明的颗粒的集合可以包括完全涂覆的颗粒、部分涂覆的颗粒或其任何组合。
在一些实施方案中，用于制备本发明的创新粘固剂的程序包括将颗粒粉末与酸性液体混合，并使所形成的混合物凝固并硬化。
粉末/PDA混合时间、粉末/酸性液体混合时间、液体组成、粉末与液体比、粉末与树脂比、树脂组成、酸性液体组成、凝固时间和混合/凝固温度不限于特定值。此类参数可以变化，并且可以选择或设置为玻璃/树脂和玻璃离聚物胶粘剂领域中已知的任何值。例如，并且在一个实施方案中，玻璃颗粒粉末和包含酸的液体的混合或工作时间为1分钟或2分钟或3分钟，或者在一些实施方案中，其范围在10s与10min之间或在1min与5min之间或在1min与7min之间。在一些实施例中，固化/凝固时间为1分钟或2分钟或3分钟，或者在一些实施方案中，其在10s与10min之间或在1min与5min之间或在1min与7min之间。
在一些实施方案中，粉末也包括干多元酸。
在一个实施方案中，将PDA涂覆的玻璃离聚物颗粒与包含聚丙烯酸的液体以3.6/1的粉末与液体重量比(g/g)混合。
在一个实施方案中，描述了用于粘固剂形成的两个组分：
组分1：GIC干粉(涂覆/未涂覆的颗粒)
组分2：包含酸的液体。
在本文所述的实施方案中，描述了这两个组分。
在一些实施方案中，液体包含酸。在一个实施方案中，液体包含溶解于水中的多元酸。所使用的多元酸的分子量可以变化，并且可以经选择以适合于适当的粘固剂制剂。
在一个实施方案中，除了玻璃颗粒之外，‘组分1’还包含干酸(多元酸)。根据该方面并且在一个实施方案中，玻璃颗粒/干酸在一个实施方案中与包含酸的液体混合或者在另一实施方案中与不包含酸的液体混合。在一些实施方案中，玻璃-离聚物粘固剂被称为玻璃离聚物材料。
在一个实施方案中，本发明提供了粉末，所述粉末包含被聚多巴胺(PDA)涂覆的玻璃颗粒。在一些实施方案中，玻璃是或包含二氧化硅。在一些实施方案中，玻璃包含铝硅酸盐。在一个实施方案中，玻璃包含氟铝硅酸盐(FAS)。在一些实施方案中，粉末包含被PDA完全涂覆的玻璃颗粒、被PDA部分涂覆的颗粒、未被PDA涂覆的颗粒或其任何组合。在本发明的实施方案中，粉末也被称为颗粒的集合。
在一些实施方案中，本发明包括用于制备本发明的玻璃离聚物粘固剂的套件。在一些实施方案中，套件包括两个器皿(容器)。第一容器包含PDA涂覆的颗粒，并且第二容器包含液体，所述液体包含多元酸。
在一个实施方案中，包含粉末的第一容器包含PDA涂覆的颗粒。在一个实施方案中，粉末包含被PDA完全涂覆的玻璃颗粒、被PDA部分涂覆的颗粒、未被PDA涂覆的颗粒或其中至少一些颗粒被PDA部分或完全涂覆的其任何组合。
在一些实施方案中，套件进一步包括以下中的一种或多种：液体分配工具或元件、粉末测量工具或元件、可在其上进行混合的表面、混合碗/容器、容器的支撑件、混合工具或元件。在一些实施方案中，液体分配工具和/或粉末测量工具与相关容器相关联，例如，液体容器是挤压瓶，以受控方式从其中分配液滴。另一个例子是用于粉末的容器，其中容器的盖帽/封盖充当粉末测量工具。
在一些实施方案中，本发明的套件包括包含树脂的容器。根据该方面并且在一个实施方案中，在套件中包括用于测量/分配树脂的测量/分配工具/元件。
在一个实施方案中，本发明提供了被PDA涂覆的玻璃颗粒。在一个实施方案中，本发明提供了被聚多巴胺(PDA)涂覆的玻璃颗粒，其中在一些实施方案中，PDA涂层的厚度范围在1nm与100nm之间或在5nm与50nm之间。
对于如上文所述的许多用途，粘固剂的制备和使用在室温下进行。然而，应注意，粘固剂形成/制备和粘固剂使用可以在高于或低于室温的其他温度下进行。室温通常为约18℃-25℃，但可以定义为20℃-30℃、10℃-30℃、0-40℃、(-10℃)-40℃之间的任何温度。
在一个实施方案中，本发明的玻璃颗粒是球形或圆形的，并且其大小通过其直径定义。然而，本发明的粉末中的颗粒可以是任何形状，包括棒状颗粒、其他细长颗粒、非对称球形颗粒、多面体、矩形、立方体形、椭圆形，或任何其他形式的颗粒，包括对称、不对称或部分对称的颗粒、具有光滑表面的颗粒、具有粗糙表面的颗粒或其任何组合。
在一个实施方案中，本发明提供了用于制备聚多巴胺涂覆的氟铝酸硅酸盐(FAS)玻璃离聚物颗粒的方法。
在一个实施方案中，所述方法包括：
·将玻璃颗粒分散在缓冲液中；
·任选地超声处理分散体；
·将多巴胺盐酸盐添加至分散体；
·搅拌分散体；
·从分散体中收集颗粒；
·任选地洗涤颗粒；
·任选地干燥颗粒。
在一个实施方案中，缓冲液是mMtris(羟甲基)氨基甲烷(TRIS)缓冲液。在一个实施方案中，缓冲液的pH是(pH＝8.5)。在一个实施方案中，形成分散体或通过使用涡旋来促进分散体的形成。在一个实施方案中，超声处理是在室温下进行。在一个实施方案中，使用超声处理10分钟或30秒至20分钟。在一个实施方案中，施加搅拌4-16h或1h至24h。在一个实施方案中，搅拌是在室温下进行。在一个实施方案中，搅拌是在黑暗中进行。在一个实施方案中，通过离心收集颗粒。在一个实施方案中，离心以300x g进行5min。在一个实施方案中，将收集的颗粒用蒸馏水洗涤。在一个实施方案中，将收集的颗粒用
Figure BDA0002767863150000171
水(>15MΩ)洗涤三次。在一个实施方案中，将收集的颗粒在真空烘箱中干燥。在一个实施方案中，在制备聚多巴胺涂覆的玻璃离聚物颗粒的方法中，混合以形成涂覆颗粒的玻璃颗粒与多巴胺的重量比为10:1、20:1、1:1。在一个实施方案中，用于产生PDA涂覆颗粒的制剂中的玻璃颗粒与DPA(玻璃:DPA)重量比的范围在20:1与1:20之间、在1:1与100:1之间、在50:1与10:1之间、在100:1与1:1之间、在1000:1与1:1之间、在1000:1与1:10之间、在10,000:1与1:1之间、在20:1与1:1之间、在50:1与1:1之间。
在一个实施方案中，本发明提供在牙科中使用本发明的粘固剂组合物的方法。根据该方面并且在一个实施方案中，所述方法包括将被聚多巴胺(PDA)涂覆的玻璃颗粒与未被聚多巴胺(PDA)涂覆的玻璃颗粒混合以形成粉末混合物。然后将粉末混合物与包含多元酸的液体混合，然后将如此形成的混合物布置于体内部位处。
根据该方面，由玻璃颗粒(涂覆的、未涂覆的或两者)和包含酸的液体形成的混合物处于糊剂形式。在一个实施方案中，该混合物最初处于糊剂形式，并且当其硬化时，其处于固体形式或处于硬化糊剂形式。在一个实施方案中，混合物处于凝胶形式。
在一个实施方案中，当提及与液体混合以形成粘固剂的颗粒或颗粒粉末时，液体是包含离聚物的液体、包含酸的液体、包含多元酸的液体，包含作为离聚物的多元酸的液体。在其他实施方案中，液体不包含酸、多元酸或离聚物。
在一些实施方案中，将本发明的颗粒或粉末用于牙科不需要将颗粒与任何液体混合。
在一些实施方案中，将本发明的颗粒组合物与液体混合以形成粘固剂。在一些实施方案中，将本发明的颗粒组合物掺入树脂中。
上文针对与包含酸的液体混合的颗粒组合物所述的一些实施方案也适用于与树脂混合的颗粒组合物。
在一些实施方案中，上文所述的用于牙科的颗粒、组合物和方法被应用于其他应用，诸如骨科应用(例如，作为骨粘固剂以用于加速骨折愈合和用于骨骼缺陷的骨再生/修复)。在一些实施方案中，本发明的玻璃离聚物粘固剂起到骨修复材料/粘固剂的作用。在一个实施方案中，本发明的粉末、组合物和颗粒提供了一类新的用作骨修复材料的材料。
10X SBF意指SBF浓缩10倍。SBF的组分在下文描述。
实施例
实施例1
材料和方法
在所有这些实验中，将本发明的修复材料与Fuji IX
Figure BDA0002767863150000184
(可商购获得的GIC)进行比较，Fuji IX
Figure BDA0002767863150000185
是日常牙科实践中常规使用的金标准玻璃-离聚物修复粘固剂。将可商购获得的GIC颗粒用于由PDA涂覆的过程。在PDA涂覆过程之后，将涂覆的颗粒(或涂覆的和未涂覆的颗粒)与Fuji IX
Figure BDA0002767863150000186
液体混合以形成粘固剂。
实施例2
多巴胺(PDA)涂覆的玻璃-离聚物颗粒的制造
为了制备聚多巴胺涂覆的氟铝酸硅酸盐(FAS)玻璃离聚物颗粒，将100mg玻璃离聚物颗粒分散在50ml mMtris(羟甲基)氨基甲烷(TRIS)缓冲液(pH＝8.5)中，使用涡旋2min，之后在室温下超声处理10min。添加适当量的多巴胺盐酸盐(10-100mg)之后，将混合物在室温下在黑暗中搅拌4-16h。混合时间和初始多巴胺浓度共同控制沉积量和涂层厚度。通过以300x g离心5min来收集颗粒，并将所述颗粒用
Figure BDA0002767863150000181
水(>15MΩ)洗涤三次并在真空烘箱中干燥。PDA涂层在FAS颗粒上的形成通过XPS来确认(参见下文)。
图1B中的XPS全谱图数据(XPS Survey)数据如下：
表1-FUJI IX
Figure BDA0002767863150000182
Figure BDA0002767863150000183
Figure BDA0002767863150000191
表2-PDA-GIC
名称 位置 FWHM 面积 At.％
O 1s 527.91 3.21 17978.81 15.47
C 1s 280.91 2.56 30220.25 76.18
N 1s 394.91 2.42 1287.80 1.80
Si 2p 97.91 2.44 1718.84 5.30
Al 2p 68.91 2.76 265.03 1.24
如上所示，XPS确认了PDA涂层的存在。使用AFM测量颗粒上PDA层的厚度。使用BCA测定评价每mg GIC粉末的PDA含量。
实施例3
含PDA的玻璃离聚物粘固剂的矿化能力
为了研究所开发的玻璃离聚物粘固剂是否具有矿化能力，制备了盘形含PDA的玻璃离聚物样品，其具有10mm直径和1mm厚度。如上文实施例2中所述，将颗粒用PDA涂覆。然后将涂覆的颗粒与多元酸(液体)混合。粉末/液体比为3.6/1。凝固五分钟后，将样品在37℃下在模拟体液(SBF)或人工唾液溶液(0.2mM MgCl2，1mM CaCl2 H2O，20mM HEPES缓冲液，4mMKH2PO4，16mM KCl，4.5mM NH4Cl，300p.p.m.NaF，pH 7.0，用1M NaOH调节)中浸泡1天和7天。使用SEM、EDX和FTIR对样品表面上的矿物沉积进行分析(参见图3、图6)。
实施例4
再矿化特性分析
牙齿切片制备选择具有或没有龋的人第三磨牙(按照标准提取程序提取)。使用水冷低速金刚石锯纵向切割出0.1-0.2cm厚的切片。为了模拟早期龋损，用30％磷酸酸蚀牙齿切片30s，然后用去离子水冲洗。
将PDA涂覆的玻璃离聚物颗粒与聚丙烯酸以3.6/1粉末与液体比混合。所用的聚丙烯酸具有55kDa分子量。将粉末和液体混合30-45秒，并使材料凝固。
将PDA涂覆的颗粒施加在具有或没有龋损的牙齿的表面上。然后将牙齿切片/含PDA的GIC在37℃下在30ml人工唾液(AS)溶液(0.2mM MgCl2，1mM CaCl2H2O，20mM HEPES缓冲液，4mM KH2PO4，16mM KCl，4.5mM NH4Cl，300p.p.m.NaF，pH 7.0，用1M NaOH调节)中浸泡1天和7天。在规定的时间后，将牙齿切片从溶液中取出，用流动的去离子水冲洗50s并且风干。冲洗未将GIC从牙齿去除，并且其保持粘结到牙齿结构。利用SEM分析来研究实验性玻璃离聚物(含PDA的GIC)相比于作为对照组的Fuji
Figure BDA0002767863150000201
的再矿化能力(参见图4)。
实施例5
机械特性测量
为了制备含PDA的玻璃粉，精确称量适当量(按重量计，玻璃粉/PDA比为20:1)的玻璃离聚物粉末和PDA，并通过在PDA溶液中搅拌GIC粉末过夜来表面涂覆玻璃离聚物颗粒。玻璃粉末是Fuji
Figure BDA0002767863150000202
GIC(GC)。
将PDA涂覆的颗粒(粉末)与酸性液体混合。使用3.6/1的粉末/液体(P/L)比来制备凝固粘固剂，如由制造商对于未涂覆的GIC所推荐的。根据制造商的说明书，将GIC试样混合并在室温下制造。
使用量勺测量粉末，并已经将一滴液体(p/l比：3.6/1)添加至混合垫上的粉末。将粉末和液体混合30秒并将所形成的糊剂添加至模具，直到粘固剂凝固并为硬的为止。
使用直径为4mm且高度为6mm的圆柱形模具制备圆柱形试样，以用于抗压强度测试。对于弯曲强度测试，使用具有2mm厚度、10mm长度和2mm高度的圆柱形模具以制备具有10mm直径和1mm厚度的盘形样品。用材料填充模具并用胶带和玻璃载玻片覆盖，弄平并用手轻轻按压，以从未固化的粘固剂糊剂中去除气泡。30min后，将试样从模具取出，并在37℃下的蒸馏水中调理1天(23.5h)和7天。对于每种测试制备六个试样。图2显示了机械测试数据。
在螺杆驱动的机械测试机(Instron)上以0.5mm min-1的夹头速度进行机械测试。计算抗压强度。对于弯曲强度测试，将每个试样放置于直径8mm的环状刃形边缘支撑环(Instron)上，并在万能载荷测试机中，在使用直径3mm的球形末端压头的情况下，记录0.5mm min-1速率下的断裂载荷。对每个试样测试至少六次。
实施例6
剪切粘结强度测量
为了测量粘结强度，根据先前程序，对人的提取的或阻生的永久性第三磨牙进行储存和表面处理。然后将经处理的牙齿固定在树脂保持器中，并用低速修整器修整每个牙齿的颊面和舌面。随后，使用中值粒度的碳化硅砂纸(等级P600，1500)获得光滑的牙本质表面。将PDA-GIC组和对照组(Fuji
Figure BDA0002767863150000211
)粘固剂样品两者均根据制造商的说明书(未涂覆颗粒的说明书也适用于涂覆颗粒)进行混合。将样品放置于材料保持器(3.0mm直径x 3.0mm高度)中。通过将样品放置成与准备好的牙本质表面接触来装配样品。然后将试样组件在37℃下在100％相对湿度中储存1h，然后在蒸馏水中储存1天、7天和30天的时段。
在蒸馏水中储存1天和7天的时间间隔之后，使用带有刃形杆的标准机械测试机将剪切载荷施加至玻璃离聚物/牙本质界面。在开始测量之前，对所有机械测试机进行校准。记录将圆柱体与牙本质分离所需的剪切力(以牛顿计)，并且使所述剪切力除以接触表面积，以确定剪切粘结强度值(以MPa计)。将试样的脱粘表面风干，并使用SEM确定破坏模式。根据以下类型之一对破坏模式进行分类：粘合性、粘固剂中的内聚性、牙本质中的内聚性或混合破坏模式。
实施例7
微硬度测量
使用微硬度测试仪(型号MVK-E，M 400，Leco，St.Joseph，MI，USA)，根据先前报道的方法，测定含PDA的玻璃离聚物样品的维氏硬度。采用具有100g载荷的金刚石压头和10s的保压时间。对五个样品中的每一个压痕两次，并计算每个样品的维氏硬度数。评价了FujiIX
Figure BDA0002767863150000212
样品的维氏硬度值，并将其用作对照。
实施例8
工作时间和初始凝固时间的表征
根据先前利用的方法确定工作时间和凝固时间(参见下文)。在将玻璃离聚物粉末和液体混合(以3.6/1粉末与液体比例)后，将少量粘固剂混合20s，然后将其放置于流变仪的板之间并使其凝固。通过计算达到振荡初始幅度的95％和5％所需的时间来确定工作时间和凝固时间。报告的值是五次确定值的平均值。(见图2E)。该实验如下进行：流变仪具有振荡的弹簧。当将未凝固的粘固剂放置于板上后，弹簧可以移动到100％极限。当粘固剂开始凝固(硬化)时，弹簧开始移动较少。当弹簧的移动量变为原始量的95％时，就是工作时间；并且当弹簧的移动量减小到原始摆动的5％时，则粘固剂凝固了。
实施例9
纳米压痕分析-AFM
分析含PDA的GIC样品对龋牙本质再矿化的有效性。评价了在施加含PDA的GIC之前之后，龋牙本质的纳米硬度。简而言之，将PDA涂覆的玻璃离聚物颗粒与聚丙烯酸混合，并施加在具有或没有龋损的牙齿的表面上。然后将牙齿切片/含PDA的GIC在37℃下在30ml人工唾液(AS)溶液(0.2mM MgCl2，1mM CaCl2H2O，20mM HEPES缓冲液，4mM KH2PO4，16mM KCl，4.5mM NH4Cl，300p.p.m.NaF，pH 7.0，用1M NaOH调节)中浸泡1天和7天。在规定的时间后，将牙齿切片从溶液中取出，用流动的去离子水冲洗50s，风干，并使用800至4000粒度的SiC砂纸对样品的表面进行抛光。使用原子力显微镜(AFM Nanoscope V，DigitalInstruments，Veeco Metrology group，Santa Barbara，CA)来分析表面纳米硬度。在施加PDA-GIC之前和之后，在龋牙本质的不同位置处进行多次压痕(3次时间间隔：1天、7天和30天)。数据确认到，仅存在PDA-GIC一周后，龋牙本质结构的表面纳米硬度(纳米压痕)显著增加(图9)。
实施例10
微拉伸粘结强度(uTBS)测试
为了测量微拉伸粘结强度，用低速修整器修整每个牙齿的人永久性第三磨牙颊面和舌面。随后，使用中值粒度的碳化硅砂纸(等级P600，1500)获得光滑的牙本质表面。将PDA-GIC组和对照组(Fuji IX)粘固剂样品两者均根据制造商的说明书进行混合，并放入材料保持器(3.0mm直径x 3.0mm高度)中。然后将试样组件在37℃下在100％相对湿度中储存1h，然后在蒸馏水中储存23h、7天和30天的时段。使用微拉伸粘结强度测试机(Instron4411，Instron Corporation，Canton，MA，USA)以0.5m/min的夹头速度测试样品。粘结强度数据以MPa计算。数据清楚地显示，与对照组相比，含PDA的GIC的uTBS显著增加(图10)。
实施例11
含PDA的玻璃离聚物粘固剂的生物相容性和牙本质发生特性
如早前所讨论，制造具有PDA的不同比率、具有8mm直径的PDA-GIC盘形样品。将试样用UV光灭菌1小时。然后将经灭菌的盘用于研究细胞行为。将第5代人牙髓干细胞(DPSC)在常规细胞培养基(MEM，15％FBS，100U/ml青霉素/链霉素，2mM Glutamax，0.1mM L-抗坏血酸)中的经灭菌的PDA-GIC或对照GIC(Fuji
Figure BDA0002767863150000231
)盘上培养两周。
对于哺乳动物细胞(Invitrogen)，在使用LIVE/DEADTM活力/细胞毒性试剂盒孵育1周和2周之后，测量细胞的活力。2周后，使用qPCR研究在具有不同比率的PDA-GI上培养的DPSC的牙源性分化。测量牙本质唾液磷蛋白(DSPP)、牙本质基质蛋白1(DMP-1)和基质细胞外磷糖蛋白(MEPE)表达的倍数变化，以作为牙源性分化的标志物。所有实验均重复了3次。数据确认了本发明粘固剂的生物相容性(图7)。另外，在含PDA的GIC的存在下，PDSC向牙源性(牙本质样组织)分化，这由牙本质DSPP、DMP-1和MEPE的显著高水平表达确认(图8)。
如上文所指出的，‘PDA的不同比率’是指涂覆的和未涂覆的颗粒的总量中涂覆的GIC颗粒的量，例如参见上文对图8的描述。
实施例12
包含PDA的树脂的施加
进行了含PDA的牙科树脂在白斑(处于其初始阶段的龋齿)上的施加。呈现出在施加单独树脂(阴性对照)和含PDA的树脂之后，对具有白斑的牙釉质表面(脱矿化表面)的比较。在人工唾液中1周之后的SEM分析。SEM分析显示出羟基磷灰石沉积在含DPA的树脂的表面上的存在(参见图5)。用XRD和EDX确认了结果。该实验确认了新型粘固剂的生物活性和再矿化能力以及潜力。SEM图像EHT＝10.00kV。
在该实施例中，为了形成含PDA的树脂，在施加之前，将包括PDA涂覆的GIC颗粒的颗粒添加至树脂。树脂充当颗粒的载体。
实施例13
使用拉曼光谱分析本发明的修复材料的再生特性
为了分析含PDA的GIC对牙本质矿化的有效性，在施加含PDA的GIC之前和之后利用了拉曼光谱分析。简而言之，将PDA涂覆的玻璃离聚物颗粒与聚丙烯酸混合，并施加在具有或没有龋损的牙齿的表面上。然后将牙齿切片/含PDA的GIC在37℃下在30ml人工唾液(AS)溶液(0.2mM MgCl2，1mM CaCl2 H2O，20mM HEPES缓冲液，4mM KH2PO4，16mM KCl，4.5mMNH4Cl，300p.p.m.NaF，pH 7.0，用1M NaOH调节)中浸泡1天和7天。
在规定的时间后，将牙齿切片从溶液中取出，用流动的去离子水冲洗50s，风干，并使用800至4000粒度的SiC砂纸对样品的表面进行抛光。随后进行拉曼光谱分析。拉曼数据清楚地显示出在牙齿结构和含PDA的GIC的界面处碳酸化磷灰石晶体的形成。1370/1630cm-1和429/593/962cm-1处的拉曼峰分别指示了聚多巴胺和羟基磷灰石晶体的形成。
图11显示了在SBF中浸泡之前含PDA的GIC与牙齿结构之间的界面的拉曼光谱分析，其显示与GIC中的多巴胺和玻璃颗粒相关的峰(图11D)和牙齿结构中的HA峰(图11F)。在图11C和图11G中注意到牙本质小管的存在。
在SBF中浸泡一周之后，拉曼分析确认了在界面处HA晶体的形成，参见图12和图13。注意到与HA相关的峰的出现。
在SBF中浸泡1周之后对界面的进一步分析如图14所示。拉曼分析清楚地确认了在含PDA的GIC和牙齿结构的界面处矿化组织的形成。图15是HA光谱，其显示了在约429/593/962cm-1处的三个HA峰。
所呈现的数据确认了一类新的具有原位再矿化能力的牙科修复材料的开发。所述材料可以用作直接的牙科或骨修复材料或可以用作衬剂或直接(间接)的牙髓覆盖材料。与市场上可购到的当前玻璃离聚物材料相比，所公开的材料表现出稳健的再矿化特性，表现出改善的机械特性(弯曲强度和粘结强度)，并且进一步提供快速的凝固时间。在这种材料的功能活性的一个例证中，当将PDA表面涂覆的玻璃颗粒掺入树脂中并施加在牙釉质的表面上时，已观察到显著量矿化(图5)。因此，这种系统例如可以作为新型治疗方式用于牙齿敏感性或牙齿白斑矿化。
虽然已经在本文中说明并且描述了本发明的某些特征，但现在本领域的普通技术人员将能想到许多修改、替代、改变以及等效物。因此，应当理解，随附权利要求书意图涵盖落在本发明实际精神范围内的所有此类修改和改变。

Claims (26)

1.一种玻璃离聚物粘固剂组合物，其包含被聚多巴胺(PDA)涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒。
2.如权利要求1所述的组合物，其中所述聚多巴胺或聚多巴胺盐酸盐涂层的厚度范围在5纳米与100纳米厚度之间。
3.如权利要求1所述的组合物，其还包含未被聚多巴胺涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒。
4.如权利要求3所述的组合物，其中被聚多巴胺涂覆的氟铝硅酸盐玻璃微粒的相对量为所述组合物中存在的总的氟铝硅酸盐玻璃微粒的1％至100％。
5.如权利要求4所述的组合物，其中所述组合物中被聚多巴胺涂覆的氟铝硅酸盐玻璃微粒的相对量为所述组合物中氟铝硅酸盐玻璃微粒的总量的1％至50％或8％至30％。
6.如权利要求1所述的组合物，其还包含多元酸。
7.如权利要求6所述的组合物，其中所述多元酸选自聚丙烯酸、衣康酸、马来酸、酒石酸或其任何组合。
8.如权利要求1所述的组合物，其还包含树脂。
9.如权利要求8所述的组合物，其中所述树脂选自HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)、Bis-GMA(双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯)、TEGMA(二甲基丙烯酸三甘醇酯)或UDMA(二甲基丙烯酸尿烷酯树脂)或其任何组合。
10.如权利要求9所述的组合物，其中所述聚多巴胺涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒被布置于所述甲基丙烯酸羟乙酯树脂内。
11.如权利要求10所述的组合物，其中对所述甲基丙烯酸羟乙酯进行光固化。
12.如权利要求4所述的组合物，其中所述组合物在25℃下表现出小于5分钟的凝固时间。
13.如权利要求1所述的组合物，其中所述玻璃还包含钙、钠、磷酸盐或其组合。
14.如权利要求1所述的组合物，其中所述聚多巴胺包括聚多巴胺盐酸盐。
15.一种在牙科中使用如权利要求3所述的粘固剂组合物的方法，所述方法包括：
a.将所述被聚多巴胺(PDA)涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒与所述未被聚多巴胺(PDA)涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒混合以形成粉末混合物；
b.将所形成的混合物布置于体内部位处。
16.如权利要求15所述的方法，其还包括：
·将龋从牙齿去除；
·在去除龋后冲洗窝洞；
·将包含PDA涂覆的玻璃颗粒的所述粉末与包含多元酸的液体混合；其中所述混合在去除龋后冲洗窝洞的所述步骤之前、与其并行或之后进行；
·将含PDA的粘固剂直接放置于所述窝洞中；
从而使得所述粘固剂组合物对于所述牙齿起到修复材料或起到窝洞衬剂的作用。
17.如权利要求16所述的方法，其中将所述粉末与液体混合的所述步骤在去除龋后冲洗窝洞的所述步骤之前、与其并行或之后进行。
18.如权利要求15所述的方法，其还包括：
·将包含PDA涂覆的玻璃颗粒的所述粉末与包含多元酸的液体混合以形成粘固剂；
·用所述粘固剂装填牙冠或修复体；
·将所述牙冠或修复体放置于患者的口腔中；
从而使得所述粘固剂组合物起到封填元件的作用。
19.如权利要求15所述的方法，其还包括：
·将包含PDA涂覆的玻璃颗粒的所述粉末与包含多元酸的液体混合以形成粘固剂；
·以不完全的方式去除龋，从而使得受影响的牙本质层被保留。
·将所发明的粘固剂施加至所述牙本质层；
从而使得所述粘固剂组合物起到牙髓覆盖剂的作用。
20.如权利要求15所述的方法，其还包括将所述粘固剂组合物施加至牙齿，从而使得所述粘固剂组合物起到以下材料的作用：粘结到龋损的材料、降低牙齿敏感性的材料、促进牙齿白斑的矿化的材料、或其任何组合。
21.一种使用如权利要求1所述的组合物在牙齿的表面处产生羟基磷灰石层的方法，所述方法包括：
·将如权利要求1所述的聚多巴胺涂覆的氟铝硅酸盐玻璃颗粒布置于树脂中以形成树脂/颗粒组合物；
·将所述树脂/颗粒组合物施加至所述牙齿的所述表面上的白斑。
22.如权利要求21所述的方法，其还包括通过光辐射固化所述树脂/颗粒组合物。
23.如权利要求21所述的方法，其还包括通过所述树脂/颗粒组合物从患者唾液中提取钙和磷酸盐并引发再矿化。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述施加步骤由医师或患者进行。
25.如权利要求21所述的方法，其中在未填充树脂中的所述组合物被提供为非处方(OTC)产品。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述OTC产品包括预装填托盘，所述预装填托盘具有在未填充树脂中的PDA涂覆的玻璃-离聚物粘固剂颗粒。
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