CN113171306A

CN113171306A - 一种用于牙髓治疗的生物活性材料、其制备方法及其用途

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Publication number: CN113171306A
Application number: CN202110453090.XA
Authority: CN
Inventors: 董艳梅; 刘思毅; 黄港
Original assignee: Peking University School of Stomatology
Current assignee: Peking University School of Stomatology
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2021-07-27

Abstract

本发明涉及一种用于牙髓治疗的生物活性材料、其制备方法及其用途，由粉剂和液剂混合而成，粉(克)﹕液(毫升)为0.7‑1.7。本发明能快速固化，有优异的封闭性，表面有大量矿化物形成，能够增强牙根的机械强度，对细胞无毒性作用，具有良好的矿化性能和生物相容性。

Description

一种用于牙髓治疗的生物活性材料、其制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及口腔医疗领域，特别是涉及一种用于牙髓治疗(包括根管充填封闭剂、活髓保存盖髓剂、髓腔穿孔修补材料等)的生物活性材料及其制备方法。

背景技术

用于口腔牙髓治疗的根管充填封闭剂的作用是增加根管充填时核心材料的封闭性，主要封闭根管壁和牙胶之间的间隙、包埋根管内残留的细菌以及充填根管系统的不规则结构，如侧枝根管、峡部和根尖三角区等。因此，理想的根管填充材料应具备一定的流动性和黏性，密封性好；硬固后无收缩，不溶于组织液，远期不产生微渗漏；对根尖周组织无刺激性，不会引起根尖周组织的炎症反应和免疫反应，能促进根尖周组织修复。

传统的根管充填封闭剂都存在不同程度的不足，如氧化锌丁香油类、氢氧化钙类和玻璃离子类根管封闭剂具有一定溶解性，与组织液接触后会逐渐溶解，不仅会导致根管封闭性变差，而且对根尖周组织有一定的细胞毒性；树脂类根管封闭剂在临床上较常用，但其固化过程中存在的聚合收缩会导致根管充填后出现微渗漏。另外，这几类根管封闭剂对牙根的机械性能也无显著增强作用，不能提升根管治疗后牙根的抗折能力。

生物活性材料是指一类能够与宿主组织发生键合反应、诱导细胞活性或组织再生的材料。用生物陶瓷材料制备根管充填封闭剂具有生物相容性好、封闭性强和促进根尖周组织再生等优势，同时该类材料也可用于活髓保存盖髓材料、髓腔穿孔修补材料，它所具备的生物活性和矿化性能让研究者们看到了生物陶瓷材料制备牙髓治疗用材料的良好前景。目前已经出现在临床中的该类产品由于材料固化时间较长(均需4小时左右)，治疗中需要增加疗次；价格较高，完全依赖进口等。因此，探索具备高矿化性能、生物相容性好、能够快速固化的具有自主知识产权的牙髓治疗材料迫在眉睫。

生物活性玻璃(bioactive glass，BG)是一类由SiO₂、CaO和P₂O₅等基本成分组成的硅酸盐材料，由于具备非晶态结构，具有高生物活性。BG植入体内后，能够和体液进行离子交换，通过界面处的一系列生物化学反应，诱导生成羟基磷灰石，从而与周围的骨及软组织形成牢固的化学键合，刺激组织修复、再生。随着材料制备技术的发展，BG的生物活性得到改善。PSC是一种新型生物活性玻璃，其化学组分为10.8％P₂O₅、54.2％SiO₂、35％CaO(mol.％)，是在低温、低毒及低成本下制备的磷硅酸基BG，具有我国自主知识产权。与传统磷前驱体的BG相比，PSC在体内不会使周围组织的pH升高，生物相容性显著提高；呈现较高比例磷组分，增加了BG的矿化能力和速度，在模拟体液(SBF)中浸泡1天就可迅速形成羟基磷灰石层；与已经商品化的传统BG 45S5和β-磷酸三钙相比，PSC显著改善了骨髓间充质干细胞的增殖、迁移、矿化以及成骨、成血管向分化能力。因此，PSC是一种具有良好临床应用潜力的新型生物活性材料。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种基于生物活性玻璃的用于牙髓治疗的生物活性材料及其制备方法，用于解决现有材料固化时间长、持续封闭性差、生物活性较差等问题。本发明提供了一种用于口腔牙髓治疗的生物活性材料在口腔牙髓治疗的产品中的用途。

为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：

本发明的一种用于口腔牙髓治疗的生物活性材料，由粉剂和液剂混合而成，粉(克)﹕液(毫升)为0.7-1.7。

其中，所述的粉剂包括以下组分及重量百分含量：PSC生物活性玻璃60％-100％，Zr0₂颗粒0％-40％。

其中，所述的液剂为含有K₂HPO₄·3H₂0、NaH₂PO₄·2H₂0和海藻酸钠的水溶液，其中各组分质量体积分数为K₂HPO₄·3H₂0 85％-95％，NaH₂PO₄·2H₂02％-6％，海藻酸钠0.5％-3％。

其中，所述的粉剂为亚微米级到微米级的超细粉体，PSC生物活性玻璃颗粒直径小于38.5微米，Zr0₂颗粒直径为5-20纳米。

本发明的一种用于口腔牙髓治疗的生物活性材料的制备方法，包括以下步骤：

制备PSC生物活性玻璃粉体，按重量百分含量：PSC生物活性玻璃60％-100％，Zr0₂颗粒0％-40％，将PSC生物活性玻璃粉体与Zr0₂粉体混合均匀，即得到所述的粉剂；将K₂HPO₄·3H₂0和NaH₂PO₄·2H₂0与海藻酸钠按质量体积分数为K₂HPO₄·3H₂0 85％-95％，NaH₂PO₄·2H₂02％-6％，海藻酸钠0.5％-3％，溶解于去离子水中制备得到上述的液剂；再将粉剂与配制好的液剂按粉(克)﹕液(毫升)为0.7-1.7进行混合，即得到所述的新型口腔牙髓治疗用材料；粉液与液剂混合以后，会形成羟基磷灰石：Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂。

进一步地，所述的粉剂的制备方法包括以下步骤：

A1将PSC生物活性玻璃研磨，采用400目或以上筛网过筛；

A2将Zr0₂粉末与过筛后的PSC生物活性玻璃混合均匀。

进一步地，所述的液剂的制备方法包括以下步骤：

B1将K₂HPO₄·3H₂0和NaH₂PO₄·2H₂0溶解于去离子水中获得磷酸盐溶液；

B2将海藻酸钠溶解于制备的磷酸盐溶液得到含海藻酸钠的磷酸盐溶液。

本发明的一种用于口腔牙髓治疗的生物活性材料在口腔牙髓治疗的产品中的用途；用于口腔牙髓治疗，包括根管充填封闭剂、活髓保存盖髓剂、髓腔穿孔修补材料。

本发明的有益效果是：

本发明以固化时间、封闭性、材料表面矿化、牙根抗折能力、生物相容性等多个性能为指标，对基于生物活性玻璃的新型牙髓治疗用材料进行了评价研究，最终本发明能快速固化，有优异的封闭性，表面有大量矿化物形成，能够增强牙根的机械强度，对细胞无毒性作用，具有良好的矿化性能和生物相容性。

附图说明

图1为实施例1和实施例2亚甲基蓝染色后半定量分析结果；

其中：A为实施例1和实施例2硬固1天后亚甲基蓝染色半定量分析结果，B为实施例1和实施例2硬固1天后浸泡SBF 4周后亚甲基蓝染色半定量分析结果；*表示与阴性对照组相比差异有统计学意义，P＜0.05；#表示与阳性对照组相比差异有统计学意义，P＜0.05；

图2为实施例1和实施例2固化1天及浸泡SBF 4周的SEM图像；

其中：A和B分别为实施例1固化1天及浸泡SBF4周后的SEM图像，C和D分别为实施例2固化1天及浸泡SBF4周后的SEM图像；

图3为实施例1和实施例2进行根管充填后牙根的抗压载荷；

其中：*表示与阴性对照组相比差异有统计学意义，P＜0.05；

#表示与阳性对照组相比差异有统计学意义，P＜0.05；

图4为实施例1和实施例2生物相容性实验结果。

其中：*表示与DMEM组相比差异有统计学意义，P＜0.05。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，结合以下实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

粉剂的制备：将PSC生物活性玻璃研磨，采用400目筛网过筛。

液剂的制备：将K₂HPO₄·3H₂0(22.82克)和NaH₂PO₄·2H₂0(1.30克)溶解于25毫升去离子水中获得磷酸盐溶液(PS)，pH：7.2-7.4。再将海藻酸钠以1％质量体积分数溶解于新鲜制备的磷酸盐溶液得到含海藻酸钠的磷酸盐溶液(PS-SA)。

生物活性玻璃根管封闭剂的制备：以粉(克)﹕液(毫升)为1.1将粉剂与液剂混合，得到新型生物活性玻璃根管充填封闭剂。

实施例2：

粉剂的制备：将PSC生物活性玻璃研磨，采用400目筛网过筛，向PSC粉末中加入颗粒直径为10纳米的ZrO₂，其中ZrO₂的重量百分为30％，混合均匀。

实验例：性能测试

对实施例1和实施例2进行以下性能测试：

1、固化时间的测定：

将材料置于内径10毫米，高2毫米模具中，将上述组件放于37摄氏度、相对湿度为95％环境下保存，从调和开始计时，调和结束后120±10秒，使用固化时间加荷仪测试固化时间，直到肉眼观察不到压头的压痕出现，记录时间，则为固化时间；加荷仪规格为：质量为100克，平坦端面压头的直径为2毫米，尖端为高度为5毫米的圆柱。实验重复3次。

2、亚甲基蓝染色测定封闭性：

选取拔除的完整的、根尖孔闭合的完整单根下前牙，用自凝树脂包埋牙根；使用低速金刚石切割机垂直牙体长轴切取牙根中部1.0±0.1毫米厚的牙片，将切取的牙本质盘保存在去离子水中；

选取体视镜下观察牙本质盘无明显裂纹、无峡部、无侧枝的牙本质盘。将牙本质盘除根管外的部分均匀涂上指甲油，干燥后用涡轮球钻在根管中央预备直径1毫米的小孔，用2.5％NaClO、17％EDTA各浸泡3分钟，随后将样本随机分组，硬固1天组及硬固1天后浸泡SBF4周组，阳性对照组(不充填材料)，阴性对照组(不充填材料，根管内壁指甲油封闭)；

在0.5％亚甲基蓝溶液浸泡24小时后，流水冲洗30分钟，刮除指甲油，立体显微镜观察牙本质盘染色情况；将牙本质盘放入1.5毫升EP管中，加入1毫升65％质量百分比的硝酸溶液，放置1天。取200微升上清液置于96孔板，采用65％质量百分比的硝酸溶液做空白对照，酶标仪测550纳米波长处各孔的吸光度值(optical density，OD)；各孔OD值减去空白对照OD均值，即为该样本的OD值。以阳性对照组OD值的平均值为100％，分别处理各组数据。

3、材料表面矿化：

按照封闭性试验的方法制备样品，分为固化1天组和固化1天后浸泡SBF4周组，SBF每两天换一次液；干燥器中干燥3天，喷金，采用SEM观察材料表面形貌。

4、牙根抗折能力：

选取拔除的完整的、根尖孔闭合的完整单根下颌前磨牙，低速金刚石切割机于牙根处切割保留12毫米牙根，测量牙根颊舌径和近远中径，分为大中小三组；用15号不锈钢K锉通畅根管直至锉尖与根尖孔平齐，并记录此长度，用此长度减去1毫米作为工作长度；镍钛锉预备根管至主锉为30号，每次换锉时用2毫升2.5％NaClO溶液缓慢冲洗，在预备完成后用2毫升17％EDTA溶液冲洗3分钟，2毫升去离子水冲洗，超声荡洗，纸尖干燥根管；将各组牙根随机均等分为4组，分别是阴性对照组(不预备不根充)，阳性对照组(预备不根充)，实施例1组和实施例2组，每组9个样本；用螺旋充填器向根管内导入调拌后的实施例1和实施例2，直至根管口下约1mm处，暂封根管口；将所有样本在37摄氏度、100％相对湿度下放置1周使封闭剂固化，再将样本浸泡于SBF 4周，每两天换液；

用自凝树脂在距根尖3毫米处沿牙根长轴垂直于地面方向将牙根包埋于内径20毫米，高20毫米的塑料管内，牙根上方9毫米暴露于自凝树脂外。万能试验机的夹头上固定直径为3毫米的半球状不锈钢加压头，以1毫米/分钟的速度垂直于牙根截面，记录牙根突然断裂时的最大压力为抗压载荷。

5、CCK-8测生物相容性：

使用人骨肉瘤细胞MG-63细胞测定实施例1和实施例2的细胞相容性。将实施例1和实施例2制备成直径5毫米、高2毫米的圆柱体样品，置于5毫升预热至37摄氏度的DMEM培养基浸泡3天，制备样品浸提液。在无菌条件下，离心取上清液，用孔隙直径0.22微米滤器过滤，加入10％体积百分比的胎牛血清及1％体积百分比的青霉素-链霉素双抗，-20摄氏度保存。按照3000个/孔的密度将MG-63细胞接种在96板孔中，放入细胞培养箱培养。待细胞贴壁后，将培养基换成样品浸提液；将正常培养在培养基中的细胞作为空白对照组(DMEM组)。培养1天、2天和3天后，使用CCK-8细胞计数盒测定波长为450纳米时的OD值定量评估细胞活力；每组样品进行5个平行实验。

实施例1的固化时间为46.8分钟，实施例2的固化时间53.7分钟，均能快速固化；实施例1和实施例2在充填即刻和浸泡SBF 4周后都存在优异的封闭性(附图1)；实施例1和实施例2的表面均有大量矿化物形成(附图2)；实施例1和实施例2能够增强牙根的机械强度(附图3)；实施例1和实施例2对细胞无毒性作用(附图4)，具有良好的矿化性能和生物相容性。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种用于口腔牙髓治疗的生物活性材料，其特征在于：由粉剂和液剂混合而成，粉(克)﹕液(毫升)为0.7-1.7。

2.根据权利要求1所述的一种用于口腔牙髓治疗的生物活性材料，其特征在于：所述的粉剂包括以下组分及重量百分含量：PSC生物活性玻璃60％-100％，Zr0₂颗粒0％-40％。

3.根据权利要求1所述的一种用于口腔牙髓治疗的生物活性材料，其特征在于：所述的液剂为含有K₂HPO₄·3H₂0、NaH₂PO₄·2H₂0和海藻酸钠的水溶液，其中各组分质量体积分数为K₂HPO₄·3H₂0 85％-95％，NaH₂PO₄·2H₂02％-6％，海藻酸钠0.5％-3％。

4.根据权利要求2所述的一种用于口腔牙髓治疗的生物活性材料，其特征在于：所述的粉剂为亚微米级到微米级的超细粉体，PSC生物活性玻璃颗粒直径小于38.5微米，Zr0₂颗粒直径为5-20纳米。

5.根据权利要求1所述的一种用于口腔牙髓治疗的生物活性材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

制备PSC生物活性玻璃粉体，按重量百分含量：PSC生物活性玻璃60％-100％，Zr0₂颗粒0％-40％，将PSC生物活性玻璃粉体与Zr0₂粉体混合均匀，即得到所述的粉剂；将K₂HPO₄·3H₂0和NaH₂PO₄·2H₂0与海藻酸钠按质量体积分数为K₂HPO₄·3H₂0 85％-95％，NaH₂PO₄·2H₂02％-6％，海藻酸钠0.5％-3％，溶解于去离子水中制备得到上述的液剂；再将粉剂与配制好的液剂按粉(克)：液(毫升)为0.7-1.7进行混合，即得到所述的新型口腔牙髓治疗用材料；粉液与液剂混合以后，会形成羟基磷灰石：Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂。

6.根据权利要求1—5任意一所述的一种用于口腔牙髓治疗的生物活性材料在口腔牙髓治疗的产品中的用途。