CN114259412B - 一种可光固化生物活性盖髓材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可光固化生物活性盖髓材料的制备方法，包括：(1)利用造孔剂包裹PSC作为填料添加到树脂基质中的方法；(2)利用(1)制备生物活性盖髓材料的方法。本发明利用造孔剂在PSC周围连接形成树脂内部的“水通道”来发挥PSC的生物活性，可诱导牙髓细胞分化、矿化形成牙髓牙本质复合体，促进牙髓修复；同时树脂基质使本发明具有可光固化性、可粘接性，可为促进牙髓损伤修复的提供新的途径。

Description

一种可光固化生物活性盖髓材料的制备方法

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，具体涉及一种可光固化生物活性盖髓材料的制备方法。

背景技术

牙髓组织具有营养、感觉以及对外界刺激产生反应等作用，这对于牙齿行使正常功能有重要的意义。与活髓牙相比，根管治疗后的牙齿失牙率明显上升，因此，在牙髓损伤局限或可逆的情况下，临床上倾向于尽可能采用活髓保存治疗来努力保护和保存健康的牙髓。因此，活髓保存治疗一直是牙髓病学的发展方向。

研究表明盖髓材料能影响活髓保存的成功率。理想的盖髓材料不但能隔离外界刺激，而且能够诱导牙髓组织中未分化细胞成牙本质向分化，进而分泌矿化基质，最终形成牙本质桥，使损伤的牙髓得以修复。现在的盖髓材料主要为三氧化物聚合物及生物陶瓷等硅酸盐材料，虽然这些材料具有良好的促进牙髓损伤修复的性能，从而提高了活髓保存治疗的成功率，但仍有固化时间长、操作性较差、与上方树脂缺乏粘接性等不足。近年来，引入光固化树脂基质作为生物活性陶瓷的固化体系，来实现材料光固化，可以极大地缩短材料的固化时间，提高操作性能，是解决以上问题的一种可行途径。然而，由于树脂内部是疏水环境，树脂内部的生物活性材料无法与水接触，造成水合过程不完全、离子释放受限，从而影响了羟磷灰石的形成。因而，目前亟待解决的问题在于如何改变树脂内部的疏水环境为亲水环境，从而在树脂中发挥生物活性材料的生物活性。

1969年，Hench教授成功研制生物活性玻璃(bioactive glasses，BG)，并观察到BG可与骨组织直接结合，提出了生物活性的概念。BG基本组成体系为SiO₂-CaO-P₂O₅，与体液接触后释放硅、钙、磷离子，并在材料与组织的界面形成羟磷灰石，可有效促进骨组织和牙本质的再矿化。一定浓度的BG能够促使细胞由静止期向分裂期转变，提高牙髓细胞的增殖活性，增强牙髓细胞成牙本质相关的一些功能蛋白的表达，如DSPP，DMP-1等等。申请人前期的研究发现，采用磷酸盐引发BG固化并应用于大鼠穿髓模型，能诱导具有小管样结构的牙髓牙本质复合体形成，并可见成牙本质样细胞的极性排列。因此BG可作为促进牙髓牙本质修复再生的理想材料之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种可光固化生物活性盖髓材料的制备方法，此材料既具有亲水性，可发挥BG良好生物活性，又具有树脂的可粘接性、可光固化性，具有良好的理化性能。该材料直接盖髓后与牙髓组织接触发生反应：吸水性材料吸收髓腔内水分并发生溶解，形成树脂内部多孔结构，且孔隙相连形成“水通道”；主要活性成分BG与“水通道”中的体液发生反应，释放离子并形成羟磷灰石，诱导牙髓干细胞迁移、分化、矿化，促进损伤的牙髓组织发生修复再生，最终形成牙本质桥封闭露髓孔。

为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：

本发明的一种可光固化生物活性盖髓材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)选择以植酸为前驱体合成的PSC作为活性成分：其成分组成为10.8％P₂O₅,54.2％SiO2和35％CaO(质量百分比)，颗粒大小为10-50微米；

(2)以吸水性造孔剂包裹PSC形成PSC复合颗粒：用吸水性造孔剂粉末和PSC粉末以1：1～4：1(质量比例)混合均匀，隔湿加热至造孔剂熔融，用搅拌器搅拌2-2.5小时至混合均匀，倒出冷却，得到吸水性片状固体混合物，碾碎、研磨成粉末并过筛，得到PSC复合颗粒；

(3)树脂基质的制备：将双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、二甲基丙烯酸三甘醇酯以质量比例1：1混合，磁力搅拌2-4h形成混合液，再将0.5～0.8％质量分数的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯滴入混合液中，最终将0.2～0.5％质量分数的樟脑醌加入，避光搅拌24h以上至均匀，获得树脂基质成分及光引发成分；

(4)可光固化生物活性盖髓材料制备完成：将步骤(2)中的PSC复合颗粒以30％～50％的质量百分比加入到步骤(3)的树脂基质中，用旋转混合器混合均匀形成可光固化生物活性盖髓材料。

其中，所述步骤(2)的吸水性造孔剂为聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮；聚乙二醇(PEG)是一种具有吸湿性、低毒性、良好的生物相容性和生物降解性、无免疫原性的大分子材料，由于氧乙烯聚合物主链上的醚氧原子(-O-)以及末端羟基(-OH)能与水反应形成大量氢键，PEG能够吸收大量水分，广泛应用于生物技术领域；当分子量超过1000g/mol时，PEG为固体状态，且分子量可影响其吸水性能；可作为合适的吸水性造孔剂。

其中，所述步骤(2)获得的PSC复合颗粒粒径小于74μm。

其中，所述步骤(4)获得的可光固化生物活性盖髓材料在体液中能吸水并产生相互连接的孔隙。

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(质量分数)。PSC以植酸为磷的前驱体，在低温、低毒条件下下制备。相较于传统磷前驱体的BG，PSC与模拟体液接触后pH升高不明显，提高了材料的生物相容性；含磷量高，提高了BG的矿化能力和速度，在模拟体液中浸泡1天就可迅速形成羟基磷灰石层；与已经商品化的传统BG45S5相比，PSC显著改善了牙髓细胞的增殖、迁移、矿化及成牙本质分化能力。因此，本发明选用该BG为主要活性成分。

选用一种具有固态强吸水性材料包裹于PSC外部，再作为整体添加到树脂基质中，通过吸水性材料吸水溶解将局部环境中的体液吸收至BG周围，可实现在BG周围定点创建“水通道”、使树脂内部形成亲水环境的目的。

本发明的优点在于：

(1)本发明制得的光固化生物活性盖髓材料具有亲水性，与牙髓组织接触发生反应：吸水性材料吸收髓腔内水分并发生溶解，形成树脂内部多孔结构，且孔隙相连形成“水通道”；主要活性成分BG与“水通道”中的体液发生反应，释放离子并形成羟磷灰石，诱导牙髓干细胞迁移、分化、矿化，促进损伤的牙髓组织发生修复再生，是现有疏水性光固化生物活性陶瓷难以实现的。

(2)该复合材料既具有生物活性玻璃良好生物活性、又具有树脂的可粘接性、可光固化性等良好理化性能，可作为盖髓材料，具有临床应用前景。

附图说明

图1为可光固化生物活性盖髓材料的结构图，图中：1、树脂，2、吸水性造孔剂，3、生物活性玻璃；

图2为可光固化生物活性盖髓材料在模拟体液中浸泡7天后纵剖面的SEM图(电子扫描显像图)，图2右侧部分为图2左侧部分中方框部分的局部放大图；

图3为可光固化生物活性盖髓材料大鼠直接盖髓后的组织学切片(HE染色)图。

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。参见图1-3。

本发明的一种可光固化生物活性盖髓材料的制备方法；

实施例1：

(1)选择以植酸为前驱体合成的PSC作为活性成分：其成分组成为10.8％P₂O₅,54.2％SiO2和35％CaO(质量百分比)，颗粒大小为10-50微米；

(2)以聚乙二醇(PEG)包裹PSC形成PSC复合颗粒：取12g分子量5000的聚乙二醇粉末和6g PSC粉末混合，隔湿水浴加热至90℃，此时PEG熔融，用搅拌器搅拌2小时至混合均匀，倒出冷却，得到含PSC/PEG的片状固体混合物，碾碎、研磨成粉末，200目筛过筛，得到PSC/PEG复合颗粒；

(3)树脂基质的制备：将24.75g双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯(Bis-GMA)60℃恒温箱内软化30min，与24.75g二甲基丙烯酸三甘醇酯(TEGDMA)磁力搅拌60min，再次在60℃恒温箱内软化30min，磁力搅拌60min形成混合液，再将0.4g甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)滴入混合液中，最终称量0.1g樟脑醌(CQ)加入，用锡箔纸包裹避光磁力搅拌24h至均匀，获得树脂基质成分及光引发成分；

(4)可光固化生物活性盖髓材料制备完成：将步骤(2)中的PSC复合颗粒以50％的质量百分比加入到步骤(3)的树脂基质中，使用旋转混合器以2000rpm的速度运行1min，然后以2200rpm的速度运行1min，重复3次，形成可光固化生物活性盖髓材料。

实施例2：

(1)选择以植酸为前驱体合成的PSC作为活性成分：其成分组成为10.8％P₂O₅,54.2％SiO2和35％CaO(质量百分比)，颗粒大小为10-50微米；

(2)以聚乙二醇(PEG)包裹PSC形成PSC复合颗粒：取6g分子量5000的聚乙二醇粉末和6g PSC粉末混合，隔湿水浴加热至90℃，此时PEG熔融，用搅拌器搅拌2小时至混合均匀，倒出冷却，得到含PSC/PEG的片状固体混合物，碾碎、研磨成粉末，200目筛过筛，得到PSC/PEG复合颗粒；

(3)树脂基质的制备：将24.75g双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯(Bis-GMA)60℃恒温箱内软化30min，与24.75g二甲基丙烯酸三甘醇酯(TEGDMA)磁力搅拌60min，再次在60℃恒温箱内软化30min，磁力搅拌60min形成混合液，再将0.4g甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)滴入混合液中，最终称量0.1g樟脑醌(CQ)加入，用锡箔纸包裹避光磁力搅拌24h至均匀，获得树脂基质成分及光引发成分；

(4)可光固化生物活性盖髓材料制备完成：将步骤(2)中的PSC复合颗粒以50％的质量百分比加入到步骤(3)的树脂基质中，使用旋转混合器以2000rpm的速度运行1min，然后以2200rpm的速度运行1min，重复3次，形成可光固化生物活性盖髓材料。

实施例1的生物活性及生物学评价：

实验例1：参见图1-3。

将实施例1中得到的可光固化生物活性盖髓材料在模拟体液(模拟体液是一种含有钙离子及磷酸根离子的磷灰石过饱和溶液，其含有的离子浓度和pH与人类血浆类似，广泛用于体外生物活性材料的评估)中浸泡，7天时材料纵剖面散在多孔结构(图2左侧部分)，为PEG溶于水后在材料内部形成孔隙，且将孔内局部放大可见BG表面有针状、片状矿化物形成(图2右侧部分)，说明可光固化生物活性盖髓材料能发挥BG的生物活性。

用可光固化生物活性盖髓材料直接盖髓，可见1个月时有钙化桥封闭露髓孔，且牙髓无明显炎症(见图3)。说明可光固化生物活性盖髓材料有良好的生物相容性，并能有效促进牙髓修复。

实施例2的生物活性及生物学评价与实施例1类似。

通过实验证明，本申请制备的材料既具有亲水性，能发挥生物活性玻璃良好生物活性，又具有树脂的可粘接性、可光固化性，具有良好的理化性能；所述材料直接盖髓后与牙髓组织接触发生反应：吸水性材料吸收髓腔内水分并发生溶解，形成树脂内部多孔结构，且孔隙相连形成“水通道”；主要活性成分PSC与“水通道”中的体液发生反应，释放离子并形成羟磷灰石，诱导牙髓干细胞迁移、分化、矿化，促进损伤的牙髓组织发生修复再生，最终形成牙本质桥封闭露髓孔。

如上所述，便可较为充分的实现本发明。以上所述仅为本发明的较为合理的实施实例，本发明的保护范围包括但并不局限于此，本领域的技术人员任何基于本发明技术方案上非实质性变性变更均包括在本发明包括范围之内。

Claims (3)

1.一种可光固化生物活性盖髓材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）选择以植酸为前驱体合成的PSC作为活性成分：采用植酸为磷前驱体合成的溶胶凝胶法制备的生物活性玻璃作为活性成分，其颗粒大小为10—50微米；

（2）以吸水性造孔剂包裹PSC形成PSC复合颗粒：用吸水性造孔剂粉末和PSC粉末以质量比例1：1 ～4：1混合均匀，隔湿加热至造孔剂熔融，用搅拌器搅拌22 .5小时至混合均匀，倒出冷却，得到吸水性片状固体混合物，碾碎、研磨成粉末并过筛，得到PSC复合颗粒；

（3）树脂基质的制备：将双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、二甲基丙烯酸三甘醇酯以质量比例1：1混合，磁力搅拌24h形成混合液，再将0 .5～0 .8％质量分数的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯滴入混合液中，最终将0 .2～0 .5％质量分数的樟脑醌加入，避光搅拌24h以上至均匀， 获得树脂基质成分及光引发成分；

（4）可光固化生物活性盖髓材料制备完成：将步骤(2)中的PSC复合颗粒以30％～50％的质量百分比加入到步骤(3)的树脂基质中，用旋转混合器混合均匀形成可光固化生物活性盖髓材料；

所述步骤(2)的吸水性造孔剂为聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮。

2.根据权利要求1所述的一种可光固化生物活性盖髓材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)获得的PSC复合颗粒粒径小于74μm。

3.根据权利要求1所述的一种可光固化生物活性盖髓材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)获得的材料在体液中能吸水并产生相互连接的孔隙。

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