CN113304057B - 一种牙科组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及牙科材料技术领域，具体涉及一种牙科组合物及其制备方法。本发明所述的牙科组合物由粉剂和液剂组成，其中所述粉剂包括铝硅酸盐玻璃粉和钙源；所述液剂包括聚羧酸和磷酸根源。本发明通过研究首次提出将磷酸氢钙与玻璃‑离聚物粘固剂体系相结合的技术构思，利用硅酸盐玻璃粉与聚羧酸所形成的框架体系起到缓释磷酸根或磷酸氢根的作用，合理调控羟基磷灰石的形成速度，从而保证了牙齿的矿化效果，显著提高牙本质的硬度。同时，由于铝硅酸盐玻璃粉与聚羧酸的作用，所述牙科组合物能够快速凝固，且具有较高的抗压强度，能够彻底封闭牙本质小管，迅速解决牙齿过敏症状，且对身体无毒副刺激作用、对牙釉质损伤小。

Description

一种牙科组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于牙科材料技术领域，具体涉及一种牙科组合物及其制备方法。
背景技术
牙本质是牙体硬组织的主要组成部分，由70％羟基磷灰石(Hydroxyapatite，Hap)，20％以Ⅰ型胶原为主的细胞外基质以及10％液体组成。牙本质位于牙釉质和牙骨质的内层，也是牙髓腔及根管的侧壁，因而能够保护其内部的牙髓组织、支持其表面的牙骨质及牙釉质。
牙本质内有许多排列规则的细管，称为牙本质小管；牙本质小管的管内有神经纤维。当釉质的完整性受到破坏，牙本质暴露后能感受外界冷、热、酸、甜等刺激，进而引起短期剧烈疼痛，这一现象被称为牙本质过敏症(DH)。
现有治疗牙本质敏感症的方法主要从2个方面解决：一是封闭牙本质小管，防止或减少牙本质小管液体流动，二是抑制牙髓神经的兴奋性。其中封闭牙本质小管是更有效治疗牙本质敏感症的方法。
封闭牙本质小管的具体的作用机制有四个方面：①堵塞作用：将能产生不溶性沉淀物的药物涂于牙面上，产生沉淀以堵塞牙本质小管。②腐蚀作用：用腐蚀性药物使牙本质内蛋白质凝固变性，降低小管的通透性。③覆盖作用：用树脂类材料作用在牙本质表面形成保护膜，来隔绝刺激；④生物作用：将能激活牙本质细胞活力形成修复性牙本质的药物，使牙本质钙化，隔绝刺激。
目前，堵塞脱敏方面：常用的材料为氟化物材料，可以在牙表面形成沉淀物CaF2，封堵暴露的牙小管，从而缓解敏感征状；但常常封闭不彻底，容易受唾液或刷牙的影响而很快被清除。
腐蚀脱敏方面：常用的药物为酚醛类药物，如甲醛、甲酚，该类药物有较强的渗透性和腐蚀性，能固定牙本质小管内的有机物，形成一层保护膜，阻断外界对牙髓的刺激；甲醛还可以抑制牙菌斑的形成，从而有效减轻过敏征状；但是酚醛类药物有较强的毒性和刺激性，会加重对周围组织的刺激和损伤，所以这类脱敏药物的适用范围较窄，对重度磨耗及III度敏感者慎用。
覆盖脱敏方面：一般先通过酸蚀剂将光滑的釉质表面变成蜂窝状结构，使牙本质小管开放，胶原蛋白网状结构暴露；然后，采用低粘结强度亲水性树脂单体渗入微孔，从而与牙本质胶原纤维混合，达到脱敏的目的；这个方法对牙釉质有较大的损伤。
生物作用方面：一般采用生物材料，如羟基磷灰石，磷酸钙，使牙本质钙化，隔绝刺激，但是这类材料起效慢，必须经常使用。
此外，牙菌斑的形成也是牙本质过敏的重要影响因素之一，聚集的牙菌斑可导致牙根结构脱矿和牙本质小管管口开放。因而，促进牙齿再矿化与控制牙菌斑的形成，也可作为治疗牙本质敏感的间接途径。
发明内容
本发明的第一方面提供一种牙科组合物。相比现有同类材料，本发明的牙科组合物具有抗压强度和粘结强度更高，促进牙齿矿化效果更好的优点；用于封闭牙本质小管时，该牙科组合物能够更有效地减轻牙本质过敏症状，同时提升牙齿表面硬度，起到治疗牙本质过敏症的作用。
本发明所提供的牙科组合物由粉剂和液剂组成；其中：所述粉剂包括铝硅酸盐玻璃粉和钙源；所述液剂包括聚羧酸和磷酸根源。
磷酸根类物质释放的磷酸根或磷酸氢根可与钙离子结合，形成磷酸氢钙(DCPD)，如CN111615378A所述，在口腔唾液环境下，DCPD能够快速矿化形成羟基磷灰石，从而促进牙齿矿化。但是，实际研究表明，羟基磷灰石的形成不仅需要钙离子和磷酸根离子的存在，还需要经过数小时，甚至数十小时的矿化时间；因此，若不采取有效措施，难以在口腔环境中保持长时间的离子浓度，进而无法促进羟基磷灰石形成，起到促进牙齿矿化、提升牙齿表面硬度的作用。
本发明通过研究首次提出了快速持续释放钙磷离子，原位形成磷酸氢钙与玻璃-离聚物粘固剂体系相结合的技术构思。具体而言，铝硅酸盐玻璃粉与聚羧酸所形成的框架体系具有较高的抗压强度和与牙齿的粘接强度，可以对受损牙面形成有效的保护，彻底封闭牙本质小管，迅速解决牙齿过敏症状，且对身体无毒副刺激作用、对牙釉质损伤小；在此框架体系下，钙源和磷酸根源能够在口腔湿润条件下持续释放钙离子和磷酸根离子，合理控制磷酸氢钙原位形成的速度，进而调控形成羟基磷灰石，促进牙齿再矿化，显著提升牙齿表面硬度，预防牙本质过敏症再次发生。
本发明所述铝硅酸盐玻璃粉可以是由SiO2、Al2O3、AlF3、CaF2、NaF或AlPO4组成的玻璃材料，例如铝硅酸钙玻璃粉、铝硅酸锶玻璃粉、铝硅酸锶钙玻璃粉或铝硅酸钡玻璃中的一种或多种，或含氟的上述玻璃。所述粉剂中，铝硅酸盐玻璃粉的含量为50-99wt％，优选为70-90wt.％。
本发明所述钙源选自氯化钙、硝酸钙等可溶性钙源。所述粉剂中，钙源的含量为1-50wt.％，优选地1-30wt.％。
本发明所述聚羧酸选自聚丙烯酸、酒石酸、丙烯酸-马来酸共聚物或丙烯酸-衣康酸共聚物中的一种或多种。所述聚羧酸的分子量为1万-10万。所述液剂中，聚羧酸的含量为30-70wt.％，优选为50-70wt％。
本发明所述磷酸根源选自磷酸、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸氢钾或磷酸二氢钾中的一种或多种。所述液剂中，磷酸根源的含量为0.1-30wt.％，优选为0.1-20wt.％。
本发明研究发现，所述牙科组合物中各组分的含量比例对组合物凝固速度、所得凝固材料的机械强度产生实质性影响。若铝硅酸盐玻璃粉与聚羧酸的配比不合适，容易导致体系不固化或凝固时间过快，难以实现临床应用；而钙源和磷酸根源的含量过高，则会导致体系的抗压强度显著下降。为此，本发明控制所述粉剂中：铝硅酸盐玻璃粉70-90wt.％，钙源10-30wt.％；所述液剂中：聚羧酸45-70wt.％，磷酸根源10-30wt.％。通过控制各组分的含量范围，确保组合物以合适的凝固速度形成凝固材料，从而具有更高的抗压强度。
优选地，所述磷酸根源中磷酸根与所述钙源的钙离子的摩尔比为1：(0.5-3)。
本发明所述的牙科组合物在具体实施时，可根据实际需求调整粉剂和液剂的比例，以保证使用效果。优选地，所述粉剂和液剂的质量比为(1-4)：1；进一步优选地，所述粉剂和液剂的质量比为(1.5-2.5)：1。
本发明进一步研究发现，粉末粒度的大小对所得组合物的凝固材料的粘结强度、强度及硬度存在实质性影响。为此，本发明控制所述铝硅酸盐玻璃粉的粒度(D90，μm)不大于50μm，优选不大于20μm。所述钙源的粒度(D90，μm)不大于50μm，优选不大于30μm，以保证凝固材料的应用效果。
作为本发明的具体实施方式之一，所述铝硅酸盐玻璃粉的粒度为10-20μm；所述钙源的粒度为20-25μm。按此范围对粉剂复配，可获得具有较高抗压强度的凝固材料。
本发明进一步研究发现，上述体系一定程度提高了凝固材料的机械强度，但羟基磷灰石的形成过程较慢，表面羟基磷灰石晶体较少，促进牙齿矿化的效果仍不够十分理想。为此，本发明提出在所述液剂中添加酸性氨基酸。
研究表明，酸性氨基酸与磷酸氢钙(DCPD)具有较低的表面吸附能而吸附在DCPD的表面，从而为羟基磷灰石的成核提供活性位点，降低反应的能垒，促进羟基磷灰石的形成。在酸性氨基酸的存在下，唾液在羟基磷灰石表面上的接触角降低，而在DCPD表面上的接触角则升高，相应的羟基磷灰石和DCPD之间能垒也有效地降低了。在酸性氨基酸的参与下，羟基磷灰石-溶液界面更加稳定，而DCPD-溶液界面变得活跃起来，因此酸性氨基酸可以在保证较高机械性能的基础上有效缩短DCPD转化羟基磷灰石的时间，促进牙本质再矿化，形成了大量的针状羟基磷灰石形成的网络结构，提升牙齿表面硬度，可从根本上解决牙齿再次过敏的问题。
本发明所述液剂中，所述酸性氨基酸的浓度为0.01-100mmol/L；优选为0.1-10mmol/L，进一步优选为5-15mmol/L。
本发明中，所述酸性氨基酸选自天冬氨酸和/或谷氨酸。
本发明所述液剂中还包括舒敏成分钾盐。钾离子能产生去极化现象而降低神经兴奋性，有效舒缓神经末梢对疼痛信号的传导，从而缓解牙齿敏感。本发明所述液剂中，所述钾盐的含量为0.1-10wt.％，优选为0.1-5wt.％，进一步优选为5-10wt.％。所述钾盐选自硝酸钾、氯化钾、柠檬酸钾或甘草酸二钾中的一种或多种。
此外，本发明所述液剂还包括氟化物。氟化物释放的氟离子与唾液中的钙和磷结合形成氟化钙和氟磷灰石，有效的封闭牙本质小管并降低了牙本质小管的通透性。本发明所述液剂中，所述氟化物的浓度为100-2000ppm，优选900-1100ppm。所述氟化物选自氟化钠、氟化钾或单氟磷酸钠中的一种或多种。
本发明所述液剂还包括含酸性基团的聚合性单体(如树脂)，其与牙面有很好附着性，起到对牙本质小管的封闭及提高牙本质表面硬度的作用。本发明所述液剂中，所述含酸性基团的聚合性单体的浓度为0.1-20wt.％，优选为0.1-10wt.％，进一步优选为5-20wt.％。所述含酸性基团的聚合性单体选自4-甲基丙烯酰氧乙基偏苯三酸(4-MET)、4-丙烯酰氧乙基偏苯三酸(4-AET)、4-甲基丙烯酰氧乙基偏苯三酸酐(4-META)或10-甲基丙烯酰氧癸基磷酸二氢酯(10-MDP)中的一种或多种。
作为本发明的具体实施方式之一，所述牙科组合物包括粉剂和液剂，所述粉剂和液剂的质量比为(1-4)：1；
所述粉剂由如下组分组成：
铝硅酸盐玻璃粉70-90wt.％，钙源10-30wt.％；
所述液剂由如下组分组成：
聚羧酸50-70wt.％，磷酸根类物质10-30wt.％，酸性氨基酸2-100mmol/L，氟化物600-2000ppm，含酸性基团的聚合性单体5-20wt.％，钾盐5-10wt.％，水余量。
优选地，所述牙科组合物包括粉剂和液剂，所述粉剂和液剂的质量比为(1.5-2.5)：1；
所述粉剂由如下组分组成：
铝硅酸盐玻璃粉70-75wt.％，钙源25-30wt.％；
所述液剂由如下组分组成：
聚羧酸65-70wt.％，磷酸根类物质10-15wt.％，酸性氨基酸10-12mmol/L，氟化物1000-1100ppm，含酸性基团的聚合性单体10-12wt.％，钾盐5-6wt.％，水余量。研究表明，通过上述配方得到的牙科组合物的综合效果更好。
本发明的第二方面提供上述牙科组合物的制备方法，包括：分别将粉剂和液剂中各组分混匀；再将所得粉剂和液剂按比例混合，调匀，即可。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明所述牙科组合物可在口腔湿润条件下快速矿化形成羟基磷灰石，促进牙齿矿化效果好，促使牙齿表面硬度得到进一步提高。
(2)本发明所述的牙科组合物与牙齿具有较高的粘结强度，能够彻底封闭牙本质小管，且固化速度快，能够迅速解决牙齿过敏症状，且对身体无毒副刺激作用、对牙釉质损伤小。
(3)本发明所述牙科组合物具有较高的抗压强度，可达150MPa以上，对受损牙面形成有效保护。
(4)由于添加舒敏成分，本发明所述的牙科组合物能够舒缓神经末梢对疼痛信号的传导，从而缓解牙齿敏感。
(5)本发明所述牙科组合物凝固后所形成的薄膜厚度较薄，光洁度更高，使用舒适感更好。
附图说明
图1为本发明实施例3和对比例1样品浸泡矿化48h后X射线衍射图。
图2为本发明实施例3和对比例1样品浸泡矿化48h后的电镜照片。
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。
以下实施例中各组分均可通过市售购买得到。
实施例1-5及对比例1-2
本实施例提供一组牙科组合物，其原料配方如下表所示(wt.％)：
表1
Figure BDA0003073617730000061
Figure BDA0003073617730000071
对比例1
本对比例提供一种牙科组合物，与实施例3的区别仅在于：未添加酸性氨基酸。
对比例2
本对比例提供一种牙科组合物，与实施例3的区别仅在于：未添加含酸性基团的聚合性单体。
效果验证：
1、牙科组合物的性能表征：
将上述实施例及对比例所述牙科组合物的粉剂和液剂按一定比例调和，按照《YY0271.1牙科学水基水门汀第1部分：粉/液酸碱水门汀》附录B净固化时间的测试，附录C薄膜厚度的测试，附录D抗压强度的测试，对样品的性能进行检测。
(1)粘接强度测试：
分别制作20个直径16mm，厚4mm的牙本质标准试件，每个试件依次用200目、400目、600目水磨砂纸打磨单面，形成标准粘接面。
按照粉液比例分别进行牙科组合物的调拌，并将每组试件的粘接面两两对拔粘接。
根据《ISO 11405牙科材料及粘合剂的拉伸粘结力和粘结强度》的标准测定试件的拉伸粘接强度，用SPSS软件对数据进行统计学分析，结果如下。
表2
Figure BDA0003073617730000081
Figure BDA0003073617730000091
由上表可知，相比于未添加含酸性基团的聚合性单体的对比例2的牙科组合物，在凝固时间、薄膜厚度基本一致的前提下，实施例1-5所得牙科组合物所形成的凝固材料的抗压强度和粘结强度更高，实现了本发明的目的。
同时，对比例1所述牙科组合物的抗压强度和粘结强度与实施例3相当，说明酸性氨基酸对机械性能没有明显的影响。
(2)矿化能力测试：
检测方法：依据YY/T0964-2014《沉积羟基磷灰石的测试方法》进行体外矿化实验，验证本发明所述牙科组合物的矿化能力。
具体实施方法：以玻璃锥形瓶或聚乙烯塑料瓶为反应容器，将材料置于反应容器中，按每0.3g固化后的牙科组合物、量取200.0mLSBF模拟体液，混合后将容器置于37℃的水浴摇床中，以175r/min的振荡速度振荡反应容器，进行矿化实验。
样品浸泡若干时间后(最长不超过28d)，分离出浸泡矿化的样品，并分别用去离子水和丙酮溶液淋洗、于室温下晾干；将样品进行X射线衍射(XRD)测试。
结果显示如下：
实施例3和对比例1样品浸泡矿化48h后，X射线衍射检测；X射线衍射图如图1所示。
由图1可知，实施例3样品中形成了明显的羟基磷灰石特征峰；这说明实施例3和对比例1样品能够在接触体液后再矿化，形成羟基磷灰石，达到了本发明的目的。
同时，将实施例3和对比例1的羟基磷灰石特征峰相比较可知，实施例3的特征峰较强，这是由于在实施例3中加入了酸性氨基酸，有促进磷酸氢钙转化羟基磷灰石的功效。
将实施例3和对比例1样品浸泡矿化48h后，采用场发射扫描电镜对样品表面进行观察，结果如图2所示，可发现实施列3样品表面矿化形成了大量的针状羟基磷灰石形成的网络结构，而对比例1样品表面羟基磷灰石晶体较少，进一步证实了本发明的目的。
(3)牙本质片通透性测试：
牙本质通透性是指牙本质由管间牙本质、管周牙本质、牙本质小管和成牙本质细胞突构成，其中牙本质小管所连接的内外侧介质可通过小管内液体流动进行交换，影响牙髓的状态和功能。
使用牙本质通透性测试法可以对牙齿脱敏材料进行体外评价。具体如下：
牙本质片处理：选择新鲜拔出或近期拔出的第三磨牙，用手持器械清除牙垢和附着的软组织，在75％乙醇中浸泡至少15min，以与牙长轴垂直的角度，切取牙本质片，使其形成一个厚度为1.0mm的牙本质片。将牙本质片置于35％的磷酸溶液中30s后取出，立即用纯化水将酸蚀剂冲洗干净，并用超声清洗仪清洗10min，吹干。共计10片，分为两组。
样片制备：采用实施例3和对比例2的牙科组合物，调拌后采用毛刷将组合物涂敷于牙本质表面，每组5片，每片涂抹3次，牙本质表面有清晰可见的组合物即可，静置固化。
牙本质通透值的测定：参考论文：人牙本质通透性的体外测定(李雅萍，赵信义，沈丽娟，李石保，牙体牙髓牙周病学杂志，2013,23(4):266.)中牙本质片通透值测定方法，采用去离子水进行测定。
牙本质片表面硬度的测试：参考论文：过氧化物漂白对牙釉质维氏硬度影响的实验研究(张殿云，林红，郑刚等，中华医学会口腔杂志，2013,48:129-132)测量牙本质片表面硬度。
采用本发明组合物对牙本质进行封堵后，牙本质片通透值和表面硬度如下表所示：
表3
Figure BDA0003073617730000101
实验结果表明，使用实施例3和对比例2牙科组合物，均能有效降低牙本质片的通透值，提升牙本质表面硬度。同时，组合物中加入含酸性基团的聚合性单体能够显著提升体系的牙本质片封堵效果和牙本质表面硬度。
对比例3
本对比例提供一种牙科组合物，与实施例3的区别仅在于：不添加铝硅酸盐玻璃粉和聚羧酸。
测试结果显示：该牙科组合物无法凝固，不能作为凝固材料。
对比例4
本对比例提供一种牙科组合物，与实施例3的区别仅在于：铝硅酸盐玻璃粉80wt.％，聚羧酸20wt.％。
测试结果显示：由于体系中铝硅酸盐玻璃粉和聚羧酸比例不匹配的原因，所得凝固材料的固化速度过快，而且抗压强度和与牙齿的粘接强度较低。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种牙科组合物，由粉剂和液剂组成，其特征在于，所述粉剂和液剂的质量比为(1-4)：1；其中：
所述粉剂包括铝硅酸盐玻璃粉和钙源；
所述液剂包括聚羧酸和磷酸根源；
所述粉剂中，铝硅酸盐玻璃粉的含量为50-99wt％，钙源的含量为1-50wt.％；
所述液剂中，聚羧酸的含量为30-70wt.％，磷酸根源的含量为0.1-30wt.％；
所述铝硅酸盐玻璃粉的粒度不大于50μm；
所述钙源为可溶性钙源；所述钙源的粒度不大于50μm；
所述液剂还包括酸性氨基酸；所述酸性氨基酸选自天冬氨酸和/或谷氨酸；所述酸性氨基酸的添加量为2-100mmol/L；
所述液剂还包括钾盐；所述钾盐的添加量为0.1-10wt.％；
所述液剂还包括氟化物，所述氟化物的添加量为100-2000ppm；
所述液剂还包括含酸性基团的聚合性单体，所述含酸性基团的聚合性单体的添加量为0.1-20wt.％。
2.根据权利要求1所述的牙科组合物，其特征在于，所述粉剂中，铝硅酸盐玻璃粉70-90wt.％，钙源10-30wt.％；
所述液剂中，聚羧酸45-70wt.％，磷酸根源10-30wt.％；
所述磷酸根源中磷酸根与所述钙源的钙离子的摩尔比为1：(0.5-3)；
所述粉剂和液剂的质量比为(1.5-2.5)：1。
3.根据权利要求2所述的牙科组合物，其特征在于，所述铝硅酸盐玻璃粉的粒度不大于20μm；所述钙源的粒度不大于30μm。
4.根据权利要求1所述的牙科组合物，其特征在于，所述酸性氨基酸的添加量为5-15mmol/L。
5.根据权利要求1所述的牙科组合物，其特征在于，所述粉剂由如下组分组成：铝硅酸盐玻璃粉70-90wt.％，钙源10-30wt.％；
所述液剂由如下组分组成：聚羧酸45-70wt.％，磷酸根类物质10-30wt.％，酸性氨基酸2-100mmol/L，氟化物600-2000ppm，含酸性基团的聚合性单体5-20wt.％，钾盐5-10wt.％，水余量。
6.根据权利要求5所述的牙科组合物，其特征在于，所述粉剂由如下组分组成：铝硅酸盐玻璃粉70-75wt.％，钙源25-30wt.％；
所述液剂由如下组分组成：聚羧酸65-70wt.％，磷酸根类物质10-15wt.％，酸性氨基酸10-12mmol/L，氟化物1000-1100ppm，含酸性基团的聚合性单体10-12wt.％，钾盐5-6wt.％，水余量。
7.权利要求1-6任一项所述牙科组合物的制备方法，其特征在于，包括：分别将粉剂和液剂中各组分混匀；再将所得粉剂和液剂按比例混合，调匀，即得。
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