CN114630647A

CN114630647A - 牙科涂剂

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Publication number: CN114630647A
Application number: CN202080076371.1A
Authority: CN
Inventors: A·杰哈; T·斯蒙顿
Original assignee: Dentsply Sirona Inc
Current assignee: Dentsply Sirona Inc
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-06-14
Also published as: US20220378668A1; CA3159190A1; WO2021087186A1; EP4051208A1; JP2023501933A

Abstract

本文描述了牙科治疗组合物，更具体地是一种牙科涂剂组合物，其可用于：有效氟化，提高牙釉质的再矿化，和通过掩蔽牙本质小管的过敏性。该牙科涂剂组合物包含水凝胶体系和至少一种氟化物源，其中该牙科涂剂是水溶性的。该水凝胶体系包含至少一种具有至少一个酚基的多酚，至少一种聚合物，和金属离子。本文还描述了以单个步骤和一锅法合成制造牙科涂剂组合物的方法。

Description

牙科涂剂

技术领域

本发明总体上涉及一种牙科治疗组合物，更具体地是一种牙科涂剂组合物，其可用于：有效氟化，增强牙釉质的补充矿质，和通过掩蔽牙本质小管的过敏性。该牙科涂剂组合物包含水凝胶体系和至少一种氟化物源，其中该牙科涂剂是水溶性的。该水凝胶体系包含至少一种具有至少一个酚基的多酚，至少一种聚合物，和金属离子。本发明还提供了制造这种牙科涂剂组合物的方法。

背景技术

龋齿和过敏性是两种非常常见的牙病。已知牙科涂剂例如氟化物能够治疗龋齿和过敏性二者。氟化物在牙齿上形成CaF₂保护层。结果，通过形成耐酸的氟磷灰石(fluoroapatite)，减慢主要由羟磷灰石组成的牙釉质在酸腐蚀下的溶解。氟化物还加速羟磷灰石的结晶和防止进一步的脱矿质化。

常用的氟化物源是氨基氟化物，氟化亚锡，酸化的氟化磷酸盐，单氟磷酸钠和氟化钠。全部这些具有某些优点和局限，例如氨基氟化物例如N’,N’-三-(聚氧乙烯)-N-十六烷基丙烯二胺二氢氟化物；9-十八烷基胺氢氟化物，十六烷基胺氢氟化物和双-(羟乙基)-氨丙基-N羟乙基十八烷基胺二氢氟化物由于它们的阳离子活性而具有特有的味道，这难以遮盖。但是，甚至低浓度(0.001％-F)也高度有效。另一方面，氟化亚锡在含水制剂中不稳定，具有令人不快的金属收敛剂味道，对牙龈有刺激性，并且还由于Sn₃F₃PO₄沉积而引起变色。所以，用氟化亚锡来预防的产品早就从市场上完全消失了。

氟化钠(NaF)是涂剂体系中常用的一种氟化物盐。氟化钠具有碱性pH，当储存在塑料或聚乙烯容器中是化学稳定的。NaF良好溶解于水，并且快速释放非常高的氟化物浓度。氟化钠释放高度反应性氟离子；所以，用相容的研磨剂来配制它对于实现防龋益处来说极为重要。这些材料不刺激牙龈，并且不引起牙齿变色。

另一方面，酸化的氟化磷酸盐(APF)包含其中添加了酸的NaF。氟化物的浓度是1.23％，酸为pH为3.2的正磷酸形式。它当储存于塑料容器中时是化学稳定的，并且不引起牙齿变色。任何局部氟化剂的成功取决于它将氟离子作为氟磷灰石而不仅是氟化钙沉积在釉质中的能力。与NaF相比，APF通过更高的氟离子浓度和降低的pH而有效地促进氟磷灰石在釉质上的沉积。氟离子的浓度增加形成了氟化钙和磷酸盐，而酸的存在使得外釉质表面破裂和钙和磷酸盐释放。在两种反应中都形成磷酸盐。磷酸盐浓度的增加使反应平衡向右侧，即形成氟磷灰石以及羟磷灰石晶体的方向移动。

不同于其他离子氟化物，单氟磷酸钠(NaMFP)由共价键合的氟化的化合物组成；因此它不能通过离解进入溶液中。它必须首先用存在于唾液和齿菌斑中的细菌磷酸酶来水解。所以，与其他离子性可溶氟化物盐如NaF，SnF₂，氨基氟化物相比，NaMFP以非常低的速率释放明显较少的氟化物。从机械上说，离子性键合的氟化物通过氟离子的离解和随后氟化钙的沉淀来起作用，单氟磷酸根离子可能作为络合离子引入到釉质和牙本质中。

通常研究含氟化物的产品如牙膏，氟化物印模托盘，漱口水，片剂，用于以不同的浓度和施用形式来局部施用。氟化物吸收到釉质中是一个相对缓慢的过程，花费更长的接触时间，因此研发了氟化物涂剂，其典型地是一种使氟化物长时间地与釉质紧密相邻的含有氟化物源的聚合物涂料。涂剂方法相比于其他治疗方法具有额外的优点，例如氟化物试剂与釉质表面接触延长，充当缓释容器；永久保留在釉质中的氟化物的量增加；通过形成耐酸的氟磷灰石/或氟羟磷灰石而防止/或延迟龋发展；使向大量氟化物的暴露最小化，这些能够容易地使用；快速而无需专业预防；施用后即饮食。氟化物涂剂中的常用成分是氟化钠，松香/和合成树脂，多种溶剂，风味添加剂，甜味剂和颜料。

虽然目前的涂剂已经在预防龋齿和过敏性方面显示出重大成功，但是这些体系具有某些局限。常规的氟化物涂剂用被有机溶剂部分溶解的树松香和合成树脂制造。这些松香涂料是疏水性的，并且不能以有效方式释放出足够的氟化物。此外，溶剂例如己烷或庚烷不是非常生物相容的。其他常规的氟化物涂剂包含溶解在溶剂例如乙酸乙酯或乙酸丁酯中的聚合物。乙酸乙酯和乙酸丁酯对于口腔组织过于刺激，患者几乎无法忍受。此外，许多常规的氟化物涂剂在牙齿上留下持久的硬涂层，其必须从牙齿上破坏和取下。此外，许多常规的氟化物涂剂会具有黄颜色，对于患者来说在美学上不令人愉快。现有的含氟化钠的涂剂包含很少水或不含水(<5％)。但是，氟化钠可溶于水；所以，该氟化物在疏水溶液中不溶和发生沉淀，产生不均匀的混合物，导致形成氟化物颗粒的簇和氟化物无规则释放。为了与牙釉质相互作用，必需的是沉淀的氟化物必须首先被含水的唾液溶解，唾液通常溶解膜表面上可利用的氟化物，并且在释放膜内携带的氟化物方面存在困难，这延迟了氟化物的释放。另一个问题是释放的氟离子难以能够在牙齿表面方向上扩散穿过疏水涂剂膜，所以大部分转移到口腔内。这意味着虽然已知的产品能够释放大量的氟化物，但是仅很少的氟化物到达釉质，因此充分氟化所必需的高氟化钠浓度增加了氟中毒的风险。

发明内容

如上所述，始终需要能够克服现有涂剂体系的问题的涂剂体系。

本发明的一个目标是提供一种基于单组份水凝胶体系的涂剂，其具有受控的粘结和凝胶化性能。在实施方案中，最终的涂剂组合物不包含有机溶剂。

为了研发基于水凝胶体系的涂剂，使用复杂的(complex)天然存在的多酚，至少一种聚合物和金属离子来制造水凝胶体系，该体系在唾液含水环境中与牙釉质接触时交联以及快速粘附到牙釉质表面。

在本发明的第一方面中，公开了一种用于牙科涂剂组合物的水凝胶体系。该水凝胶体系包含：(a)至少一种具有至少一个酚基的多酚；(b)至少一种聚合物，其包含能够与所述多酚形成氢键的官能团；和(c)金属离子。

根据本发明的一个实施方案，水凝胶体系能够形成交联的膜，同时粘附到牙釉质表面。

在本发明的第二方面中，是一种牙科涂剂组合物，其包含水凝胶体系和至少一种氟化物源，其中该水凝胶体系包含：(a)至少一种具有至少一个酚基的多酚；(b)至少一种聚合物，其包含能够与所述多酚形成氢键的官能团；和(c)金属离子源。该牙科涂剂是水溶性的。

根据牙科涂剂组合物的一个实施方案，至少一种多酚选自白藜芦醇，丹宁酸，五倍子酸，异黄酮，黄酮醇，黄酮，异二氢黄酮，黄烷酮，羟基肉桂酸，生育酚，花色素，原花青素，儿茶酚及其组合。

根据牙科涂剂组合物的另一实施方案，至少一种聚合物选自聚乙二醇，聚乙烯亚胺，聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)，聚丙烯腈，聚噁唑啉，聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVPON)，聚(2-烷基-2-噁唑啉)，聚(2-甲基-2-噁唑啉)，聚(2-乙基-2-噁唑啉)，聚乙烯醇，普卢兰尼克(pluronic)，聚丙烯酸，聚甲基甲基丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚(乙烯基胺)盐酸盐，聚(L-赖氨酸氢溴酸盐)，聚(烯丙基胺)，聚(烯丙基胺盐酸盐)，聚(4-氨基苯乙烯)，聚(N-甲基乙烯基胺)，聚(乙二醇)双(2-氨基乙基)，聚(二烯丙基二甲基氯化铵)，聚(2-乙烯基-1-甲基溴化吡啶盐)，聚(N-乙烯基甲酰胺)，聚丙烯酰胺(PAM)，壳聚糖，聚(甲基丙烯酸苄基酯)，聚(丙烯酸异丁基酯)，聚(丙烯酸正丁基酯)，聚(丙烯酸叔丁基酯)，聚(甲基丙烯酸异丁基酯)，聚(丙烯酸正癸基酯)，聚(丙烯酸乙基酯)，聚(甲基丙烯酸缩水甘油基酯)，聚(甲基丙烯酸2-羟乙基酯)，聚(2-羟乙基甲基丙烯酸)，聚(甲基丙烯酸2-羟丙基酯)，聚(丙烯酸月桂基酯)，聚(甲基丙烯酸十八烷基酯)，聚(甲基丙烯酸异丙基酯)，聚(β-氨基酯)，聚酯，聚卡波非钙，聚(丙烯酰胺/丙烯酸)，聚(2-乙基-2-噁唑啉)，聚(六亚甲基己二酰胺)，聚(六亚甲基癸二酰胺)，聚甲基丙烯酰胺，聚苯胺，聚(2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基溴化铵)，聚(赖氨酸)，聚(N-乙烯基吡咯烷酮)，聚(乳酸)，聚(丙烯酰氯)，聚(乙二醇)2-巯基乙基醚乙酸及其混合物。

根据牙科涂剂组合物的另一实施方案，金属离子源包括二价或三价金属离子源，及其混合物。

根据牙科涂剂组合物的一个实施方案，至少一种氟化物源选自氟化铝，氟化铟，氟化亚锡，氟化钛，氟化胺，氟化钠，氢氟硅酸盐，氟硅酸钠，氟化钾，单氟磷酸二钠，酸化的氟化磷酸盐，氟化钾，及其混合物。

根据牙科涂剂组合物的另一实施方案，水凝胶体系促进涂剂组合物到牙齿表面的增加的粘附。

在本发明的第三方面中，公开了一种制备牙科涂剂组合物的方法，所述方法包括：(a)将至少一种具有至少一个酚基的多酚溶解在溶剂中来形成多酚溶液；(b)将抗氧化剂和金属离子源添加到该多酚溶液中；(c)将该多酚溶液与聚合物溶液混合来制备水凝胶体系；(d)从该水凝胶体系中除去溶剂；和(e)将该水凝胶体系与氟化物源混合来形成牙科涂剂。

本发明的水凝胶体系基涂剂令人惊讶地表现出明显更好的氟化物溶解和到釉质的更高的吸收以及有效的氟化和提高牙釉质的再矿化。进一步可以预期的是本发明的水凝胶体系基涂剂提供了相比于现有涂剂的几个优点，例如可溶于生理学pH的含水缓冲剂中，而非有毒的有机溶剂；涂剂的基础聚合物体系是天然来源的和高度生物相容性/和生物活性的，而非基于合成聚合物树脂；涂剂通过与釉质表面在含水环境中接触而快速粘附到/交联到釉质；在施涂涂剂之前无需干燥牙齿表面；低粘度允许涂剂组分更高地吸收到釉质和腔室内；涂剂需要低浓度的氟化物。

此外，包括本发明的水凝胶体系的牙科涂剂组合物可以用于掩蔽牙本质小管。

根据本发明的另一方法，提供了水凝胶基牙科涂剂的单个步骤和一锅法合成。提供了能够形成交联膜(内聚性)的水凝胶基牙科涂剂体系，该膜通过在生理学pH和温度下接触湿或潮湿釉质表面而同时粘附到釉质表面。

其他方面将在后面的说明书中阐明，和部分地将从说明书中清楚可见或者可以从本发明的实践中学习。

附图说明

将在下面结合不同的实施方案，并且参考附图来描述上述的方面以及本发明的其他方面、特征和优点。

图1：用于内聚和粘附的单组份聚合物体系。

图2：用于内聚和粘附的丹宁酸/五倍子酸/金属离子/PEG基络合物。

图3：在潮湿和干燥的牛牙齿上进行的丹宁酸/五倍子酸/金属离子/PEG基水凝胶体系的粘附性测试。

图4：丹宁酸/五倍子酸/金属离子/PEG基络合物的pH滴定。

图5：含有氟化亚锡和氟化钠二者的涂剂在潮湿的牛牙齿上的粘附；用芥末和姜黄染色。

图6：TA/GA/PEG体系的合成。

图7：丹宁酸/五倍子酸/金属离子/PEG基水凝胶体系的钙吸收。

图8：SEM：牙本质小管的掩蔽。

图9：用于内聚和粘附的一种可选的单组份聚合物体系。

图10：合成PAA-PEI和多巴胺基水凝胶体系。

图11：涂剂在羟磷灰石盘上的粘附性测试。

图12：涂剂的再矿化测试。

图13：使用涂剂的牙管掩蔽测试。

具体实施方式

本发明所用的一些术语如下面所定义：

如本文中所使用，术语“牙科涂剂”包括局部施用到牙齿表面上来用于氟化物治疗的组合物。通常，牙科涂剂包含高浓度的氟化物。

如本文中所使用，术语“牙齿结构”和“牙齿表面”表示氟化物可以吸收或键合到的个体牙齿的任何部分。同样，牙齿结构和牙齿表面包括但不限于牙釉质，初期釉质损害，釉质中的羟磷灰石，牙质和牙骨质。

如本文中所使用，术语“水凝胶体系”表示具有高含水量的物理或化学交联的聚合物网络。

如本文中所使用，术语“再矿化”表示钙和磷酸盐离子向脱矿质化的牙釉质中的结晶。

本文公开一种水凝胶体系，包含该水凝胶体系的牙科涂剂组合物和使用牙科涂剂组合物来有效氟化和提高牙釉质再矿化，掩蔽牙本质小管和抑制牙菌斑生物膜的方法。

水凝胶体系

为了开发水溶性涂剂体系，水溶性聚合物或水凝胶体系应当形成交联的膜(其是自身内聚的)，而同时当该涂剂与釉质开始接触时粘附到牙釉质表面，甚至在湿或潮湿条件下也是如此，并且处于生理学pH和温度下。这全部在生理学和患者口中存在的自然条件下进行，如图1所示。

实际上存在许多天然物质，其具有出人意料的粘结特征。天然存在的粘结剂的一个例子是蚌类用于粘附到岩石和石头的粘结蛋白质。因此，为了设计适用于牙齿应用的新的水凝胶体系，研发了天然可利用的具有至少一个酚基的多酚分子/聚合物/金属离子络合物基聚合物络合物。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于牙科涂剂的水凝胶体系，该水凝胶体系包含：(a)至少一种具有至少一个酚基的多酚；(b)至少一种聚合物，其包含能够与所述多酚形成氢键的官能团；和(c)金属离子。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种多酚选自白藜芦醇，丹宁酸，五倍子酸，异黄酮，黄酮醇，黄酮，异二氢黄酮，黄烷酮，羟基肉桂酸，生育酚，花色素，原花青素，儿茶酚，及其组合。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种多酚包含选自儿茶酚，焦酚及其组合的酚基。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种具有至少一个酚基的多酚包括丹宁酸(TA)和/或五倍子酸(GA)。

类似于蚌类粘结蛋白质，丹宁酸和五倍子酸是天然可利用的多酚分子。丹宁酸和五倍子酸在苯甲酸的间位和对位上存在的二和三羟基官能团促进到不同基底的高结合亲和性，包括但不限于静电，氢键合和疏水相互作用。

丹宁酸和五倍子酸中的焦酚基团会通过两种不同的方案来形成官能化聚合物粘结剂。首先，通过与聚合物水溶液的分子间氢键来形成三维网络。其次，丹宁酸和五倍子酸的焦酚基团通过与金属离子水溶液形成坚固和可逆的络合物来与至少一种金属离子强交联。在我们的体系中，两种水凝胶形成方案组合在一个体系中来形成水凝胶涂剂，如图2所示。PEG/TA/GA/金属离子的相对浓度，pH，PEG的端官能团，PEG的臂数是调控涂剂的粘附性和内聚性的因素。

用于粘附性的分子基础是金属氧化物的可逆配位，与不同的合成聚合物的π-π相互作用，和到任何表面的不可逆的共价键合。对于内聚功能来说，儿茶酚通过儿茶酚和焦酚/倍酚-醌转化而经历依赖于pH的氧化性反应。所以，丹宁酸是用于设计水凝胶体系的一种合理的备选，其可以根据外部环境充当粘结剂和内聚材料。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，水凝胶体系可以包含具有能够与多酚形成氢键的官能团的聚合物。

官能团可以是羟基，胺，硫醇，羧基，羰基，酯，亚胺，酰胺，腈或能够与多酚形成氢键的任何合适的官能团，如本领域技术人员将理解的。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种具有羟基的聚合物是聚乙二醇或聚乙烯醇。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种聚合物包括氨基，这样的聚合物包括但不限于聚(乙烯基胺)盐酸盐，聚(L-赖氨酸氢溴酸盐)，聚(烯丙基胺)，聚(烯丙基胺盐酸盐)，聚(4-氨基苯乙烯)，聚(N-甲基乙烯基胺)，聚(乙二醇)双(2-氨基乙基)，聚(N-乙烯基吡咯烷酮)，聚(2-烷基-2-噁唑啉)，聚(2-甲基-2-噁唑啉)，聚(2-乙基-2-噁唑啉)，或聚(二烯丙基二甲基氯化铵)。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种具有酰胺基的聚合物包括但不限于聚(N-乙烯基甲酰胺)，聚丙烯酰胺(PAM)，或聚(六亚甲基己二酰胺)，聚(六亚甲基癸二酰胺)，聚甲基丙烯酰胺，聚(N-异丙基丙烯酰胺)和尼龙。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种聚合物可以具有亚胺基，例如聚乙烯亚胺。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种聚合物可以具有腈基，例如聚丙烯腈。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种聚合物可以具有硫醇基团，例如聚(乙二醇)2-巯基乙基醚乙酸。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种聚合物可以具有羧基，例如该聚合物可以是但不限于聚丙烯酸，聚甲基甲基丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚(2-羟乙基甲基丙烯酸)，聚(乳酸)和聚卡波非。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种具有酯基的聚合物包括但不限于聚(甲基丙烯酸苄基酯)，聚(丙烯酸异丁基酯)，聚(丙烯酸正丁基酯)，聚(丙烯酸叔丁基酯)，聚(甲基丙烯酸异丁基酯)，聚(丙烯酸正癸基酯)，聚(丙烯酸乙基酯)，聚(甲基丙烯酸缩水甘油基酯)，聚(甲基丙烯酸2-羟乙基酯)，聚(甲基丙烯酸2-羟丙基酯)，聚(丙烯酸月桂基酯)，聚(甲基丙烯酸十八烷基酯)，聚(甲基丙烯酸异丙基酯)，聚(β-氨基酯)和聚酯。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，至少一种聚合物可以是大分子例如尼龙，支链淀粉，结冷胶，透明质酸，淀粉，纤维素，壳聚糖，壳质，黄原胶，瓜儿胶，葡聚糖，藻酸盐，胶原质，凝胶，木质素，碳水化合物，蚕丝，蛋白质，肽和DNA。

在另外的实施方案中，聚合物选自聚乙二醇，聚乙烯亚胺，聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)，聚噁唑啉，聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVPON)，聚(2-烷基-2-噁唑啉)，聚(2-甲基-2-噁唑啉)，聚(2-乙基-2-噁唑啉)，支链淀粉，结冷胶，透明质酸，及其混合物。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，金属离子源包括二价、三价金属离子源，或其混合物。

将理解对于金属离子源没有特别限制。

合适的二价离子源的例子包括但不限于钙，锌，镁，锡，锶，铬，锰，铍，钡，钴，镍，铅和铜的盐。但是，通常，盐选自氯化钙，氟化亚锡，氯化亚锡，氯化锌等。

合适的三价离子源的例子包括但不限于铝，铁，铬，铋，锰，钴和铟的盐。但是，通常，盐选自氯化铝，硫酸铝，氯化铁，氧化铁和氟化铟等。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，水凝胶体系进一步包含抗氧化剂。

抗氧化剂可以选自硼酸，抗坏血酸，硼砂，四硼酸钠，4,4’-二苯基二硼酸，苯-1,4-二硼酸，2,5-噻吩二基双硼酸，二氧化硫，尿酸，生育酚，及其混合物。

在本文公开的水凝胶体系的某些实施方案中，水凝胶体系进一步包含溶剂。

溶剂选自水，乙二醇，异丙醇，乙酸乙酯，乙酸丁酯，丙酸异戊基酯，己烷，庚烷，及其混合物。

本文还公开了一种形成水凝胶体系的方法。

本发明的水凝胶体系可以如下来制备：

(a)将至少一种具有至少一个酚基的多酚溶解在溶剂中来形成多酚溶液；

(b)将金属离子源和任选地抗氧化剂添加到该多酚溶液中；

(c)将该多酚溶液与聚合物溶液混合来制备水凝胶体系；

(d)从该水凝胶体系中除去溶剂。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，至少一种多酚选自白藜芦醇，丹宁酸，五倍子酸，异黄酮，黄酮醇，黄酮，异二氢黄酮，黄烷酮，羟基肉桂酸，生育酚，花色素，原花青素，儿茶酚，及其组合。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，至少一种具有至少一个酚基的多酚包括丹宁酸和五倍子酸。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，将丹宁酸和五倍子酸溶解在选自水，乙醇，异丙醇，乙酸乙酯，乙酸丁酯，丙酸异戊酯，己烷，庚烷，及其混合物的溶剂中。在实施方案中，溶剂是乙醇。

溶剂在水凝胶体系中的存在量可以是约0％至约100％，例如约5％至约50％，或约5％至约10％，基于起始反应混合物的总体积计。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，丹宁酸的存在浓度是0.005g/ml至2.8g/ml，基于该水凝胶体系的总体积计，例如0.01g/ml至2g/ml，或0.1g/ml至0.5g/ml。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，五倍子酸的存在浓度是0.005g/ml至0.175g/ml，基于该水凝胶体系的总体积计，例如0.01g/ml至0.1g/ml，或0.02g/ml至0.0g/ml。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，金属离子源包括二价、三价金属离子源，或其混合物。

将理解对于金属离子源没有特别限制。

合适的二价离子源的例子包括但不限于钙，锌，镁，锡，锶，铬，锰，铍，钡，钴，镍，铅和铜的盐。

合适的三价离子源的例子包括但不限于铝，铁，铬，铋，锰，钴和铟的盐。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，金属离子源可以是氯化铝。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，金属离子源的存在浓度是0g/ml至1.0g/ml，基于该水凝胶体系的总体积计；例如0.01g/ml至0.5g/ml，或0.05g/ml至0.1g/ml。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，水凝胶体系进一步包含抗氧化剂。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，抗氧化剂的添加浓度可以是0.01至10重量％，基于该水凝胶体系的总体积计；例如是总涂剂的0.05至5重量％，或0.1至1重量％。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，聚合物选自聚乙二醇，聚乙烯亚胺，聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)，聚丙烯腈，聚噁唑啉，聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVPON)，聚(2-烷基-2-噁唑啉)，聚(2-甲基-2-噁唑啉)，聚(2-乙基-2-噁唑啉)，聚乙烯醇，普卢兰尼克，聚丙烯酸，聚甲基甲基丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚(乙烯基胺)盐酸盐，聚(L-赖氨酸氢溴酸盐)，聚(烯丙基胺)，聚(烯丙基胺盐酸盐)，聚(4-氨基苯乙烯)，聚(N-甲基乙烯基胺)，聚(乙二醇)双(2-氨基乙基)，聚(二烯丙基二甲基氯化铵)，聚(2-乙烯基-1-甲基溴化吡啶盐)，聚(N-乙烯基甲酰胺)，聚丙烯酰胺(PAM)，壳聚糖，聚(甲基丙烯酸苄基酯)，聚(丙烯酸异丁基酯)，聚(丙烯酸正丁基酯)，聚(丙烯酸叔丁基酯)，聚(甲基丙烯酸异丁基酯)，聚(丙烯酸正癸基酯)，聚(丙烯酸乙基酯)，聚(甲基丙烯酸缩水甘油基酯)，聚(甲基丙烯酸2-羟乙基酯)，聚(2-羟乙基甲基丙烯酸)，聚(甲基丙烯酸2-羟丙基酯)，聚(丙烯酸月桂基酯)，聚(甲基丙烯酸十八烷基酯)，聚(甲基丙烯酸异丙基酯)，聚(β-氨基酯)，聚酯，聚卡波非钙，聚(丙烯酰胺/丙烯酸)，聚(2-乙基-2-噁唑啉)，聚(六亚甲基己二酰胺)，聚(六亚甲基癸二酰胺)，聚甲基丙烯酰胺，聚苯胺，聚(2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基溴化铵)，聚(赖氨酸)，聚(N-乙烯基吡咯烷酮)，聚(乳酸)，聚(丙烯酰氯)，聚(乙二醇)2-巯基乙基醚乙酸，及其混合物。

在另外的实施方案中，聚合物选自聚乙二醇，聚乙烯亚胺，聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)，聚噁唑啉，聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVPON)，聚(2-烷基-2-噁唑啉)s，聚(2-甲基-2-噁唑啉)，聚(2-乙基-2-噁唑啉)，支链淀粉，结冷胶，透明质酸，及其混合物

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，聚合物的存在浓度是0.01g/ml至1.0g/ml，基于该水凝胶体系的总体积计，例如0.01g/ml至0.5g/ml，或0.1g/ml至0.5g/ml。

在制备水凝胶体系的方法的某些实施方案中，将形成的水凝胶体系离心分离来从该水凝胶体系中除去溶剂。

牙科涂剂组合物

在本发明的另一方面中，提供一种牙科涂剂组合物，其包含水凝胶体系和至少一种氟化物源。该牙科涂剂是水溶性的。本文公开的牙科涂剂不包含有机溶剂。

如上所述，水凝胶体系包含至少一种具有至少一个酚基的多酚；至少一种包含能够与所述多酚形成氢键的聚合物，至少一种聚合物，和金属离子源。

在本文公开的牙科涂剂组合物的某些实施方案中，水凝胶体系的存在浓度是约5重量％至约95重量％，基于该组合物的总重量计；例如约7重量％至75重量％，或约10重量％至约50重量％。

在本文公开的牙科涂剂组合物的某些实施方案中，氟化物源包括但不限于氟化铝，氟化铟，氟化亚锡，氟化钛，氟化胺，氟化钠，氢氟硅酸盐，氟硅酸钠，氟化钾，单氟磷酸二钠，酸化的氟化磷酸盐，氟化钾，氟化铋，四氟化锆，单氟磷酸钠，六氟硅酸，二氟硅烷，及其混合物。

在一些实施方案中，胺氟化物选自N’,N’-三-(聚氧乙烯)-N-十六烷基丙烯二胺二氢氟酸盐；9-十八烷基胺氢氟酸盐，十六烷基胺氢氟酸盐和双-(羟乙基)-氨基丙基-N-羟乙基十八烷基胺二氢氟酸盐，奥拉氟，氟化胺和氢氟酸十八烯胺。

在本文公开的牙科涂剂组合物的某些实施方案中，氟化物源包括氟化亚锡和氟化钠的组合。

在本文公开的牙科涂剂组合物的某些实施方案中，氟化物源的存在浓度是约0.01重量％至约10重量％，基于该组合物的总重量计；例如约1重量％至约8重量％，或约2重量％至约7重量％。

在本文公开的牙科涂剂组合物的某些实施方案中，牙科涂剂释放1000ppm至30,000ppm浓度的氟离子。

氟离子源的量能够在组合物中提供高的氟离子水平，其是至少约1,000ppm，和在某些情况中高至30,000ppm，例如约7,000ppm至约27,000ppm，约15,000ppm至约25,000ppm，或约22,000ppm，或23,000ppm。为了提供这样的处于最佳ppm范围的浓度，该组合物中氟离子源的准确重量百分比可以根据不同的氟离子源的化学计量性质而变化。

在本文公开的牙科涂剂组合物的某些实施方案中，牙科涂剂可以进一步包含再矿化剂，风味添加剂，增稠剂，甜味剂，抗氧化剂，或其组合的至少一种。

再矿化剂的例子包括但不限于生物活性玻璃，蔗糖磷酸钙，木糖醇，纳米羟磷灰石，酪蛋白磷酸肽—无定形磷酸钙(CPP-ACP)，和磷硅酸钙钠。再矿化剂在牙科涂剂中的量通常占至少约0.01重量％并且通常不大于50重量％，例如再矿化剂是0.02重量％至10重量％。

风味添加剂的例子包括但不限于薄荷，西瓜，冬青，留兰香，樱桃，柠檬酸，橙子，草莓，香草，椰子，泡泡糖香味剂，及其混合物。这样的风味添加剂在牙科涂剂中的量可以是约0.01重量％至约5重量％，例如约0.1重量％至约4重量％，或约0.7重量％至约3重量％。

增稠剂的例子包括但不限于气相法二氧化硅，羧乙烯基聚合物，角叉菜胶，刺梧桐，阿拉伯树胶和黄芪胶，硅酸镁铝，其在牙科涂剂中的量是0.1重量％至10重量％，基于该组合物的总重量计，例如0.5重量％至8重量％，或约1重量％至约5重量％。

甜味剂的例子包括但不限于木糖醇，山梨糖醇，三氯蔗糖，阿斯巴甜，糖精钠，及其混合物。这样的甜味剂在牙科涂剂中的量可以是约0.01重量％至约2重量％，例如约0.05重量％至约1.5重量％，或约0.08重量％至约1重量％。

抗氧化剂的例子包括但不限于硼酸，抗坏血酸，硼砂，四硼酸钠，4,4’-二苯基二硼酸，苯-1,4-二硼酸，2,5-噻吩二基双硼酸，二氧化硫，尿酸，生育酚，及其混合物。当存在时，抗氧化剂在牙科涂剂中的存在量可以是约0重量％至约2重量％，例如约0.01重量％至约1重量％，或约0.08重量％至约1重量％。

在本文公开的牙科涂剂组合物的某些实施方案中，该组合物的pH是pH 1至pH 8；例如2至6，或3至5。

同样，本文公开了制备牙科涂剂的方法。

本发明的牙科涂剂通常可以如下来制备：

(b)将抗氧化剂和金属离子源添加到该多酚溶液中；

(c)将该多酚溶液与聚合物溶液混合来制备水凝胶体系；

(d)从该水凝胶体系中除去溶剂；和

(e)将该水凝胶体系与氟化物源混合来形成牙科涂剂。

在制备牙科涂剂的方法的某些实施方案中，多酚在牙科涂剂中的存在量可以是约0.01mmol/ml至约50mmol/ml，基于该水凝胶体系的总体积计，例如约0.05mmol/ml至约25mmol/ml，或约0.10mmol/ml至约10mmol/ml。

在制备牙科涂剂的方法的某些实施方案中，抗氧化剂在牙科涂剂中的存在量可以是约0.003mmol/ml至约20mmol/ml，基于该水凝胶体系的总体积计，例如约0.015mmol/ml至约10mmol/ml，或约0.03mmol/ml至约3mmol/ml。

在制备牙科涂剂的方法的某些实施方案中，金属离子源在牙科涂剂中的存在量可以是约0.005mmol/ml至约25mmol/ml，基于该水凝胶体系的总体积计，例如约0.01mmol/ml至约5mmol/ml，或约0.05mmol/ml至约2mmol/ml。

在制备牙科涂剂的方法的某些实施方案中，聚合物在牙科涂剂中的存在量可以是约0.001mmol/ml至约50mmol/ml，基于该水凝胶体系的总体积计，例如约0.01mmol/ml至约10mmol/ml，或约0.010mmol/ml至约1.0mmol/ml。

在制备牙科涂剂的方法的某些实施方案中，氟化物源向水凝胶体系的添加量是约0.01mmol/ml至约5mmol/ml，基于该水凝胶体系的总体积计，例如约0.005mmol/ml至约2.5mmol/ml，或约0.001mmol/ml至约1.0mmol/ml。

性能/用途

TA和GA上的焦酚基团对于Ca²⁺离子也具有强的亲合力。这种强的亲合力会通过捕集唾液Ca²⁺离子而加速釉质和小管中的HAp晶体形成。小管中的GA/金属离子络合物使得HAp在唾液存在下再矿化，并在浸没到人工唾液中7天后产生具有高规整度和均匀度的致密填充的HAp晶体。PEG/TA/GA/金属离子的相对浓度，pH，PEG的端官能团，PEG的臂数是调控水凝胶涂剂的粘附性和内聚性的因素。

在本文公开的牙科涂剂组合物的某些实施方案中，水凝胶体系促进涂剂组合物到牙齿表面的附着力的增加。

在本文公开的牙科涂剂组合物的某些实施方案中，水凝胶体系促进牙齿表面的原位再矿化。

在本文公开的牙科涂剂组合物的某些实施方案中，水凝胶体系促进牙本质小管的掩蔽。

TA/GA/PEG和TA/GA/金属离子络合物的组合体系可以是一种有效的体系，其可以用于设计牙科涂剂的明显更快反应性的聚合物体系，具有可调的内聚性和粘附性能。此外，本文所述的水凝胶基牙科涂剂具有许多优点，例如较低的成本，甚至在摄入后也无毒性，易于使用，抗氧化性，抗诱变性，抗癌性，和抗菌性。

单个步骤和一锅法合成

在根据本发明的一种可选的方法中，已经研发了水凝胶基牙科涂剂的一种简化的单个步骤和一锅法合成方法。水凝胶基牙科涂剂体系能够形成交联的膜(粘结性)，同时通过与湿的或潮湿的釉质表面在生理学pH和温度下接触而粘附到釉质表面，如图9所示。形成水凝胶的聚合物包含水溶性阴离子和阳离子聚合物的混合物以及化学/或物理共轭到该水溶性聚合物的附着力促进剂。

在这个水凝胶体系中，阳离子聚合物、阴离子聚合物、多巴胺和金属离子之间的相互作用支持膜形成。多巴胺在苯甲酸的间位和对位上存在的二羟基官能团通过下文所述的化学促进了内聚和粘结性能。

a).多巴胺凝胶化(内聚性)化学。

如上所述，对于水凝胶涂剂的关键要求之一是在生理学条件的粘结性。在处于碱性pH的氧化性条件下，通过儿茶酚氧化酶和氧化剂催化的多巴胺氧化产生醌，其经由在醌和相邻多巴胺分子之间发生的芳基-芳基永久性共价偶合(形成二多巴胺)而参与交联反应，其调节分子间共价交联，这显著地有助于儿茶酚接枝的聚合物的快速内聚(或凝胶化)。

b).多巴胺的粘附化学。

多巴胺上的儿茶酚基团是通用的，并且能够在湿环境中通过几种化学机理粘附到任何表面。在还原性条件下，多巴胺的儿茶酚侧链具有在潮湿条件通过共价连接或强的可逆键合(包括氢键，双齿金属离子配位和络合，和π-π芳族相互作用)结合到有机和无机表面二者的强亲合性。儿茶酚置换基底上键合的水分子，并且通过将不同的官能团(例如-NH₂，-SH)经由迈克尔型加成和席夫碱反应进行反应来快速键合到表面和经由螯合机理来强键合到金属离子(例如Fe³⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Zn²⁺)。显著地，事先已经显示儿茶酚比其他试剂例如醇，胺和羧酸更容易吸附到羟磷灰石上(这对于应用来说是重要的)，并且还吸引唾液中的钙和磷酸盐离子。因此，聚合物上的儿茶酚侧链的存在将有效引起聚合物交联的凝胶的内聚和粘附。

在本发明中，研发了单个步骤和一锅法合成程序。为了使用这种程序来开发水凝胶涂剂，附着力促进剂如多巴胺首先与不同分子量的含胺基的阳离子聚合物如支化的聚乙烯亚胺(bPEI)通过在室温在去离子水(DI水)中提高pH来进行反应。这个多巴胺共轭到PEI上的程序不需要昂贵的碳二酰亚胺催化剂如1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二酰亚胺盐酸盐(EDC)和繁琐的净化步骤来除去未反应的试剂。在多巴胺和阳离子聚合物之间的反应后，向反应混合物中添加阴离子聚合物如聚丙烯酸。接着，将二价或三价金属离子添加到配制物中，如图2所示。

在本发明的配制物中，发生四种不同的反应：1.多巴胺自聚；2.多巴胺与阳离子聚合物聚乙烯亚胺(PEI)通过迈克尔加成和席夫碱反应共价键合；3.阳离子聚合物PEI与阴离子聚合物聚丙烯酸(PAA)通过静电相互作用来反应；和，4.多巴胺中的儿茶酚基团经由与金属离子水溶液形成强的和可逆的络合物而与金属离子强交联。PAA/bPEI/多巴胺/金属离子的相对浓度，pH，PAA和bPEI的分子量和分子量分布是调控涂剂的粘附和内聚性能的因素。

本发明的涂剂配制物可以包含水溶性聚合物，阳离子聚合物，金属离子，氟化物试剂，抗氧化剂，并且还将包含增稠剂，增粘剂，风味剂和甜味剂的一种或多种：。

合适的水溶性聚合物可以包括但不限于透明质酸(HA)，聚丙烯酸(PAA)，壳聚糖，羟丙基甲基纤维素(HPMC)，聚甲基甲基丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚(丙烯酸异丁基酯)，聚(丙烯酸正丁基酯)，聚(丙烯酸叔丁基酯)，聚(甲基丙烯酸异丁基酯)，聚(丙烯酸正癸基酯)，聚(丙烯酸乙基酯)，聚(甲基丙烯酸缩水甘油基酯)，聚(甲基丙烯酸2-羟乙基酯)，聚(2-羟乙基甲基丙烯酸)，聚(甲基丙烯酸2-羟丙基酯)，聚(丙烯酸月桂基酯)，聚(甲基丙烯酸十八烷基酯)，聚(甲基丙烯酸异丙基酯)，聚丙烯酰胺(PAM)，聚(丙烯酰胺/丙烯酸)，聚乙二醇(PEG)，PEG改性的聚合物，水溶性或部分水溶性改性松香，聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)，聚丙烯腈，聚噁唑啉，聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVPON)，聚(2-甲基-2-噁唑啉)，聚(2-乙基-2-噁唑啉)，聚乙烯醇，普卢兰尼克，聚(乙烯基胺)盐酸盐，聚(L-赖氨酸氢溴酸盐)，聚(烯丙基胺盐酸盐)，聚(4-氨基苯乙烯)，聚(N-甲基乙烯基胺)，聚(2-乙烯基-1-甲基溴化吡啶盐)，聚(N-乙烯基甲酰胺)，聚(甲基丙烯酸苄基酯)，聚(β-氨基酯)，聚酯，聚(六亚甲基己二酰胺)，聚(六亚甲基癸二酰胺)，或其组合。在水凝胶形成聚合物的形成方法的一些实施方案中，水溶性聚合物的重均分子量是1kDa至约4000kDa；例如约100kDa至约1500kDa。在水凝胶形成聚合物的形成方法的一些实施方案中，水溶性聚合物的存在浓度是约0.01重量％至约50重量％，基于该反应溶液的总体积计，例如约0.1重量％至20重量％，或约1重量％至约10重量％。

合适的阳离子聚合物可以包括但不限于赖氨酸，精氨酸，聚赖氨酸，聚精氨酸，线性聚乙烯亚胺，支化的聚乙烯亚胺，或聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(POLYDADMAC)或其组合。阳离子聚合物的重均分子量是100Da至约1000kDa；例如约1000Da至约10000Da。在一些实施方案中，刺激物结构部分阳离子基团与形成氢聚合物重复单元官能团的比率是1:2至约2:1，可选地是1:2至1:1，可选地是1:1至2:1，可选地是约1:1，或者其间的任何值，范围或子范围。

合适的附着力促进剂可以包括但不限于多巴胺，具有在多巴胺芳环的6位上共轭的共轭抽电子基团的多巴胺，在多巴胺的羟基处络合到抽电子基团(硝基(-NO₂)，氯基团(-Cl)或氟基团(-F))的多巴胺，和二羟基苯基丙胺酸，去甲肾上腺素，二羟基苯基丝氨酸，肾上腺素，白藜芦醇，五倍子酸，异黄酮，黄酮醇，黄酮，异二氢黄酮，黄烷酮，羟基肉桂酸，生育酚，花色素，原花青素，儿茶酚，及其组合。在水凝胶形成聚合物的形成方法的一些实施方案中，附着力促进剂以相对于水溶性聚合物的重复单元上可利用的官能团数目为1:100至50:100摩尔比的比率添加；例如相对于水溶性聚合物的重复单元上可利用的官能团数目为30:100摩尔比。

金属离子源选自二价或三价金属离子源及其混合物。合适的二价离子源的例子包括但不限于钙，锌，镁，锡，锶，铬，锰，铍，钡，钴，镍，铅和铜的盐。合适的三价离子源的例子包括但不限于铝，铁，铬，铋，锰，钴和铟的盐。在制备水溶性组合物的方法的某些实施方案中，金属离子源在牙科组合物中的存在量可以是约0.001mmol/ml至约5mmol/ml，基于该水凝胶形成聚合物的总体积计，例如约0.002mmol/ml至约1mole/ml，或约0.01mmol/ml至约2mmol/ml。

合适的氟化物试剂选自氢氟酸，氟化钠，氟化亚锡，酸化的氟化磷酸盐，胺氟化物，氟硅烷，及其混合物。在一些实施方案中，胺氟化物选自N’,N’-三-(聚氧乙烯)-N-十六烷基丙烯二胺二氢氟酸盐；9-十八烷基胺氢氟酸盐，十六烷基胺氢氟酸盐和双-(羟乙基)-氨基丙基-N-羟乙基十八烷基胺二氢氟酸盐。氟化物源的存在浓度是约0.01重量％至约10重量％，基于该组合物的总重量计；例如约1重量％至约8重量％，或约2重量％至约7重量％。氟离子源的量可以在组合物中提供高水平的氟离子，其至少是约1,000ppm，和在一些情况中高至22,600ppm。为了提供处于最佳ppm范围的这样的浓度，组合物中氟离子源的精确重量百分比可以根据不同的氟离子源的化学计量性质而变化。

抗氧化剂选自抗坏血酸，焦亚硫酸钠，硼酸，四硼酸钠，4,4’-二苯基二硼酸，苯-1,4-二硼酸，2,5-噻吩二基双硼酸，二氧化硫，尿酸，生育酚，及其混合物。抗氧化剂在牙科组合物中的存在量可以是约0.005mmol/ml至约20mmol/ml，基于该水凝胶形成聚合物的总体积计，例如约0.025mmol/ml至约10mmol/ml，或约0.05mmol/ml至约5mmol/ml。

增稠剂的例子包括但不限于气相法二氧化硅，羧乙烯基聚合物，角叉菜胶，刺梧桐树胶，阿拉伯树胶和黄芪胶，硅酸镁铝。增稠剂在牙科涂剂中的存在量是约0.1重量％至约1.0重量％，例如约0.5重量％至约5.0重量％，或约1重量％至约10重量％。

适用于本文的增粘剂的例子可以包括但不限于松香，乳香，虫涂剂，纤维素和纤维素衍生物，支链淀粉，黄原胶，壳聚糖，羟丙基甲基纤维素(HPMC)，泊洛沙姆，结冷胶。本文所述的这样的增粘剂在牙科涂剂中的存在量可以是约0.01重量％至约0.1重量％，例如约0.05重量％至约1重量％，或约1重量％至约10重量％。

合适的风味剂的例子包括但不限于薄荷油，焦糖，西瓜，冬青，荷兰薄荷，樱桃，柠檬酸，橙子，草莓，香草，椰子，泡泡糖风味剂及其混合物。如果存在，这样的风味剂在牙科涂剂中的存在量可以是约0.001重量％至约0.05重量％，例如约0.005重量％至约0.5重量％，或约0.01重量％至约5重量％。

合适的甜味剂的例子包括但不限于木糖醇，山梨糖醇，三氯蔗糖，阿斯巴甜，糖精钠，及其混合物。这样的甜味剂在牙科涂剂中的存在量可以是约0.001重量％至约0.02重量％，例如约0.005重量％至约0.2重量％，或约0.01重量％至约2.0重量％。

通过下面实施例中所述的组合物来进一步说明本发明的合成，但是这些实施例不应当解释为限制本发明的范围。

实施例

1.合成TA/GA/PEG/金属基涂剂配制物：

首先，制备含有丹宁酸和五倍子酸的溶液(TA/GA溶液)。称重丹宁酸(0至3.00g)和五倍子酸(0至7.00g)，并且溶解在约15ml乙醇中。在完全溶解后，将约35mL去离子水和(0至600mg)氯化铝(金属三价离子)和(0至500mg)硼酸加入所述溶液。在分别的容器中，通过将约3.00gm的PEG溶解在约50mL去离子水中来在去离子水中制备聚乙二醇(PEG)(1000至10000Da MWCO)。然后，将TA/GA溶液和PEG溶液彻底混合，并且通过在约2000rpm离心分离约5分钟除去溶剂，来收集水凝胶体系。最终的颜色和粘附性能取决于五倍子酸/丹宁酸/PEG/氯化铝的相对比率，pH，PEG的端官能团，PEG臂数。

如表和图6的照片所示来合成TA-PEG基涂剂的不同配制物。

性能测试：

在合成TA-PEG过程中混合TiO₂之后，使用(V1)涂剂配制物来测试氟化物释放和粘附性。

氟化物释放：在氟化物释放之前，将约5重量％的NaF与TA-PEG(v1)混合来产生约22600ppm氟化物，进行了氟化物释放和总氟化物测试。

结果：与常规涂剂的氟化物释放(12000ppm)相比，从TA-PEG(V1)释放的氟化物相对较高(19000ppm)。

对牛牙齿的粘附性：使用制备的配制物，在湿和干的牛测试上进行了粘附测试。然后，将涂有涂剂的牙齿在约37℃的水中培养约2小时。结果显示在湿牙齿上的45％粘附和在干牙齿上的更高的粘附性。结果显示在下表1中：

表1：丹宁酸/五倍子酸/金属离子/PEG基水凝胶体系在牛牙齿上的粘附测试

#	涂剂	染色的	像素	孔	染色％
						1	V1	181850	398347	181850	45.7
2	V2	217722	426623	271722	54.1
						3	V3	209907	407577	209907	51.5
4	V4	167641	404297	167641	41.5
						5	V5	135250	397628	135250	34.0
6	V6	173746	366437	173746	47.4
						平均值					45.2

完成了另外的测试，其中粘附通过在与图3所示相同的TA-PEG(V1)配制物中添加三价(AlCl₃)和增加其中的pH来进一步改进。

褪色实验：然后，使用高摩尔量的PEG～100kDa来合成涂剂，以代替约12kDa的PEG，因为较高的分子量使得高量的五倍子酸沉淀。使用100kDa的PEG，五倍子酸和三价离子(氯化铝)发生反应，其产生白色涂剂，如图4所示(顶行，左边样品)。但是，一定量的TA对于最终涂剂配制物的粘结性和粘度是良好的。因此，通过增加TA而合成了几个配制物，如下表2所示：

表2

pH滴定：形成的涂剂的pH是约2，因此必需增加pH，而不影响最终涂剂配制物的颜色。随后，进行pH滴定。首先，在合成过程中增加pH，但是它不形成水凝胶络合物，这是由于PEG和五倍子酸/丹宁酸之间的氢键的限制。然后，在如表中所述合成不同组成的涂剂之后继续增加pH，并且观察颜色。图4清楚地表明pH可以增加高至约5至6，而不明显影响涂剂的颜色。涂剂中高至约50mg的TA在pH 4至5也不引起颜色的明显棕色化。

合成具有改进的粘附，氟化物释放和氟化物吸收的TA/GA/PEG/金属基涂剂配制物：

将五倍子酸(约3gm)溶解在约15mL乙醇和约35mL去离子水中，和将丹宁酸(约5gm)和硼酸(约500mg)溶解在约50mL去离子水中。分别地，将聚乙二醇(12000Da，约1.5gm)和聚乙二醇(20000Da，约1.5gm)溶解在约50mL去离子水中，和将聚乙二醇(100000Da，约3gm)溶解在50mL去离子水中。然后，将约9mL PEG(12000和20000Da)与约1mL PEG(100000Da)溶液混合。随后，将约30mL的GA溶液与约5至10mL的TA溶液(其含有约50至100mg的AlCl₃和50mg的抗坏血酸盐)进行混合，并且将pH调节到约4至4.5并添加PEG溶液(12000，20000和100000Da)。最终的水凝胶体系通过在约3000rpm离心分离约5分钟来收集。

使用这种程序，制备了两种涂剂配制物，其具有改进的粘附性。配制物(1)包含约5mL的TA溶液，约50mg的AlCl₃，和配制物(2)包含约10mL的TA溶液和约100mg的AlCl₃。这些配制物都测试了氟化物释放和粘附。

粘附：

如SOP PDTM-039Rev.1所述，将涂剂施用到湿的牛牙齿上，并且在人工唾液中在约34℃培养约2小时。然后，将牙齿用含有姜黄粉的芥末染色。

表3.涂剂在牛牙上的通过像素密度所计算的粘附百分比

具有低TA的配制物1支持在牙齿上约48％粘附，和具有较高TA的配制物2支持约90％粘附，如图5和表3所示，并且用含有姜黄的芥末酱染色来证实。

氟化物释放：

接着，如下表4所示在两种配制物上进行了氟化物释放和总氟化物测试。

表4.涂剂的氟化物释放

如两个测试中所预期的，氟化物释放几乎是常规涂剂释放的两倍。

釉质的氟化物吸收：

对于氟化物吸收实验来说，将健康的牛门牙釉质使用甲基丙烯酸甲酯植入树脂玻璃棒(1/4”直径×2”长)的端部中。随后，通过在约室温浸没在约0.1M乳酸/0.2％Carbopol907 50％(用磷酸钙溶液饱和，约pH 5.0)中约24小时，来在它们中形成人工初始损害。

将全部(健康和损害的)样本预热到约37℃。然后，将涂剂作为薄层施用覆盖样本。在约37℃约1分钟之后，将全部样本空气干燥，并且再次称重来测定多少涂剂已经用于每个上。没有用力除去测试涂剂。尝试平衡基于这些重量的涂剂量(±10％)。更多的涂剂可以添加到重量较低的一个中，但是不从较重的那些中除去涂剂。为了模拟对于口腔内损害区域(其可能与涂涂剂区域紧邻)的效果，将一个损害样本(在一个棒中)与带有涂剂覆盖的健康样本的棒并排连接。为了模拟涂剂在口腔中的自然除去，因此将每对样本在恒定的适度搅拌(约130rpm)下浸入具有粘液素(约10ml)的人工唾液中约5分钟。在约5分钟后，将样本置入新的人工唾液中。为了模拟氟化物从涂剂中的释放和随后的吞咽，在第一个约4小时的浸没中，频繁更换人工唾液。然后，同样在约15和约30分钟和约1和约4小时，将它们置于具有粘液素的新人工唾液中。在约4小时新唾液更换后，将它们放置在人工唾液中约另外20小时。它们在人工唾液中总共是约24小时。在约在室温和恒定的适度搅拌(约130rpm)约24小时(总共)之后，从健康样本表面刷掉或剥掉任何可见的涂剂。没有进行KOH浸没。全部样本(健康的和损害的)用去离子水充分冲洗。然后通过(分别)浸没在约0.5ml的约1.0N HClO₄中约15秒来从每个样本(健康的和损害的)除去一层釉质。然后将每个蚀刻溶液的样品用TISAB缓冲到pH是约5.2(0.25ml样品，0.5ml的TISAB和0.25ml的1N NaOH)，并且通过与类似制备的标准曲线相比来测定氟化物含量(1ml标准物和1ml的TISAB)。

结果：在24小时中，丹宁酸/五倍子酸/PEG基水凝胶涂剂促进1000ppm氟化物吸收到损害的釉质中和5500ppm氟化物吸收到健康的釉质中。

再矿化：水凝胶体系配制物的钙吸收

丹宁酸和五倍子酸的儿茶酚/焦酚部分强键合到不同的金属离子(包括钙)，其能够经由来自于口腔唾液的钙和磷酸盐离子的共沉淀而形成羟磷灰石，来加速牙齿再矿化。市场上目前的涂剂体系不具有原位仿生再矿化的特征。丹宁酸/五倍子酸/聚合物/金属离子基水凝胶涂剂体系不仅将具有快速氟化物释放和吸收的特征，而且通过从周围唾液中稀释钙来促进了原位仿生再矿化。

如下所述来制备水凝胶体系配制物：

首先制备含有丹宁酸和五倍子酸的溶液(TA/GA溶液)。将丹宁酸(4.00gm)和五倍子酸(7.0gm)称重和溶解在40ml乙醇中，并且在完全溶解后，将60mL去离子水和300mg氯化钙(金属三价离子)添加到溶液中。在分别的容器中，制备聚乙二醇(PEG)(4000Da，1.5gm)和聚乙二醇(PEG)(12000Da，1.5gm)在100mL去离子水中的混合物。然后将TA/GA溶液和PEG溶液彻底混合，通过在3000rpm离心分离5分钟来除去溶剂，并且收集沉淀物，和用于钙吸收实验。

将制备的水凝胶体系配制物施用到载玻片上，并且将施用到载玻片上的水凝胶体系配制物在25mM氯化钙溶液中培养30分钟。并且，作为对照物，将施用到载玻片上的水凝胶体系配制物在去离子水中培养30分钟。

结果：在没有CaCl₂的去离子水中，施用到载玻片上的水凝胶体系配制物是透明的，但是施用到载玻片上的水凝胶体系配制物在载玻片在含有25mM CaCl₂的去离子水中培养后变成发白颜色，这清楚地显示了CaCl₂被浸入在CaCl₂溶液中的水凝胶体系配制物吸收(图7)。

2.牙本质小管的掩蔽

使用扫描电镜，用牛牙齿来测试牙本质小管的掩蔽。根据所述程序，使用去离子水调节经处理的样本，来制备样品。制备测试牙质基底，并且储存在5℃的麝香草酚溶液中。基底使用光学显微镜在200×检查来确认小管是可见的和适用的。

将制备的牛牙齿样品从去离子水中除去，并且用新的去离子水冲洗。从样品表面上吸干多余的水。在牙齿仍然潮湿的情况下将涂剂薄层施用到牙齿的测试侧上。这用施涂器刷来进行。使得处理过的样品放置1分钟，然后将一半的样品使用自来水以适度的流速清洗10秒来除去未粘附到样品上的涂剂。在涂剂施涂后，将样品在室温置于人工唾液中2小时，并且不对人工唾液进行任何搅动。

在浸泡后，取出样品，使用去离子水轻轻冲洗，并且使其空气干燥最少2小时来除去大部分水。样品然后置于50℃烘箱中一整夜来干燥。将干燥样品用脱水的碳涂覆，并且在扫描电镜(SEM)下观察，比较对照物和所处理的侧。

SEM显微图(图8)显示了对于全部的测试样品，在涂剂处理的侧上的小管掩蔽，将其与对照物比较。对于清洗的和未清洗的两个组，水凝胶涂剂已经满足了规定的验收标准，并且被认为在这个测试条件下有效地掩蔽了牙本质小管。

3.杀菌性和生物膜抑制

丹宁酸/五倍子酸是天然存在的水溶性富含酚的聚合物，其包含糖酯，主要是葡萄糖，和酚羧酸例如五倍子酸，六羟基联苯乙烯酸。几个报告已经指出丹宁酸/五倍子酸具有抗菌性和杀菌活性，并且还证实了对于不同的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌二者的生物膜产生和聚集的抑制，例如大肠杆菌(Escherichia coli)，单核细胞增多性李氏菌(Listeriamonocytogenes)，口腔细菌如金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)，变异链球菌(Streptococcus mutans)。Hertel等人(Caries Res.2017，51，p：34-45)已经研究了丹宁酸对于原位形成的表皮的保护性能的效果。丹宁酸以pH相关方式明显改进了表皮的侵蚀保护性。如通过荧光显微镜法所研究的，在用丹宁酸冲洗之后，釉质上的细菌粘附和葡聚糖形成也明显减少。

在不同的研究中，Payne等人(Infect Immun.2013，81，p：496-504)已经证实了丹宁酸经由推定的转糖基酶IsaA相关的机理抑制了金黄色葡萄球菌生物膜形成和减少了动物模型中的咽喉群集。Shao等人(J Food Sci.2015，80，M1299-305)和Kang等人(JMicrobiol.2008，46，p：744-50)评价了五倍子酸在不同的条件下例如营养物水平，温度(25和37℃)和培养时间(24和48小时)的抗大肠杆菌(革兰氏阴性)，生龋齿的变异链球菌(革兰氏阳性)和牙周致病菌的效果。五倍子酸明显影响了两种测试菌株在25和37℃的生长曲线。营养物水平，温度和处理时间影响了GA对于所测试的病原体的生长和生物膜形成二者的抑制活性。

丹宁酸/五倍子酸的儿茶酚和焦酚上的羟基可能与它们对于微生物的相关毒性有关，并且能够渗透与脂双层相互作用，和引起膜内材料的泄露和聚集。它们与细菌蛋白质和细胞壁结构相互作用，它们会引起细胞质膜损坏，降低膜流动性，抑制核酸合成，细胞壁合成，或能量代谢。已知除了它们对于细菌的破坏活性之外，还具有“更软的”活性，这导致通过影响细菌调控机理例如定额传感或其他全局调控器体系而产生的生物膜抑制。

可以预期的是水凝胶体系基涂剂会表现出抗菌活性和导致对于不同的革兰氏阳性和革兰氏阴性菌产生的牙菌斑生物膜和聚集的抑制作用。

下面的实施例用于提供丹宁酸/五倍子酸基水凝胶涂剂的杀菌性和生物膜抑制性，来证实抗广泛使用的简单模型细菌大肠杆菌。

为了评价涂剂的杀菌性和生物膜抑制性，将大肠杆菌在涂涂剂的釉质如羟磷灰石圆盘上培养，然后与对照圆盘(无涂剂)比较细菌细胞存活率，生长速率和生物膜形成。然后，通过测定涂剂存在下的口腔细菌的杀菌性，生长速率和生物膜形成，来测试了水凝胶涂剂抗龋齿链球菌的抗菌性能。

使用一锅法和单个步骤方法合成涂剂配制物，并且测试了粘附和F释放：

在一个实施例中，通过一锅法和单个步骤方法合成了要粘附到釉质上的牙科涂剂。首先，将280mg聚丙烯酸(PAA)溶解在5.0ml去离子水中，并且使用8N NaOH和浓HCl(浓缩的)将pH调节到约8.5至9.0。在分别的容器中，将115mg多巴胺溶解在5ml去离子水中，并且将1ml聚乙烯亚胺(PEI，1200Da)和2ml聚乙烯亚胺(PEI，600Da)在多巴胺溶液中混合和在室温反应15分钟。接着，将PAA溶液在PEI/多巴胺溶液中混合。并且将0.5ml精氨酸(70mg，在去离子水中)，0.5ml AlF₃(32mg/ml去离子水溶液)，0.875ml氢氟酸(48-51％)和1ml硼砂缓冲剂(pH 8.3)添加到配制物中，并且彻底混合。最后添加0.5ml AlCl₃(360mg，在去离子水中)和0.4gm的PEI(10000Da)，并且将pH调节到约7.75。

氟化物释放：

接着，合成了不同组合的配制物，并且使用上述程序测试了氟化物释放，如表5所示。

表5

将0.02至0.05gm的涂剂均匀涂涂剂到没有厚区的载玻片上，并且将它转移到小杯中，每个杯用10ml去离子水填充，并且确保水覆盖涂涂剂区域。F离子的释放是在34℃进行2小时来模拟口腔环境。全部样品制备一式两份。在两(2)小时后，将10ml溶液转移到含有10ml的TISAB II的小塑料烧杯中，并且用磁搅拌棒混合。F离子测量通过在轻轻搅拌的同时将探针插入样品中来进行(表6)。

表6

样品	S42	S43	S44	S45	S46	S47
							F释放(ppm)	26681	25619	25996	24749	25625	22221

粘附：粘附测试然后在釉质状羟磷灰石圆盘上进行。但是，在施涂含刺激物部分的涂剂配制物或对照涂剂配制物之前，将羟磷灰石圆盘在去离子水中培养1至2小时。然后将制备的涂剂(S43)施涂到湿羟磷灰石圆盘上，并且给予约2至3分钟来键合到所述圆盘。作为对照物，湿羟磷灰石圆盘没有接收涂剂配制物，来证实阿利辛蓝色染料被涂剂吸附，而没有被羟磷灰石圆盘吸附。

将对照物和样品羟磷灰石圆盘二者然后分别浸入人工唾液溶液中。在约37℃培养2小时后，将羟磷灰石圆盘用去离子水清洗，然后空气干燥。最后，将羟磷灰石圆盘用阿利辛蓝色染料染色(pH 1.5至2.0)。参见图3，没有涂剂的羟磷灰石圆盘几乎是白色的，仅具有一些蓝色染色的黯淡区域。图3显示了具有涂剂的羟磷灰石圆盘表现出强的和均匀的蓝色染色的羟磷灰石圆盘，其指示了涂剂对于羟磷灰石圆盘的粘附。

再矿化：水凝胶形成聚合物配制物的钙吸收

在一个实施例中，牙科涂剂组合物通过能够吸收周围唾液的钙而促进了原位仿生再矿化。首先，将280mg聚丙烯酸(PAA)溶解在5.0ml去离子水中，并且使用8N的NaOH和浓HCl(浓缩的)将pH调节到约8.5至9.0。在分别的容器中，将115mg多巴胺溶解在5ml去离子水中，并且将1ml聚乙烯亚胺(PEI，1200Da)和2ml聚乙烯亚胺(PEI，600Da)在多巴胺溶液中混合和在室温反应15分钟。接着，将PAA溶液在PEI/多巴胺溶液中混合。并且将0.5ml精氨酸(70mg，在去离子水中)，0.5ml AlF₃(32mg/ml去离子水溶液)，0.875ml氢氟酸(48至51％)和1ml硼砂缓冲剂(pH 8.3)添加到配制物中，并且彻底混合。

最后添加0.5ml AlCl₃(360mg，在去离子水中)和0.4gm的PEI(10000Da)，并且将pH调节到约7.75。将制备的涂剂配制物施涂到载玻片上，并且将载玻片在磷酸盐缓冲的硅烷(PBS)(1X，pH 7.4)中培养15分钟和在25mM氯化钙溶液中培养另外30分钟。作为对照物，将具有制备的涂剂配制物的另一载玻片在去离子水中培养约45分钟。

参见图4，对照载玻片在45分钟培养后仍然是不透明的。相反，在PBS和氯化钙中培养的载玻片在整个45分钟培养中是更发白的，如图4所示，其清楚地表明浸入在CaCl₂溶液中的涂剂吸收了Ca和磷酸盐。

合成涂剂来测试釉质的氟化物吸收：

在一个实施例中，合成了用于F吸收的牙科涂剂。首先，将280mg聚丙烯酸(PAA)溶解在10ml去离子水中，0.5ml精氨酸(70mg，在去离子水中)，0.5ml AlF₃(32mg/ml去离子水溶液)，并且使用8N NaOH和浓HCl(浓缩的)将pH调节到约8.5至9.0。在分别的容器中，将1ml聚乙烯亚胺(PEI，1200Da)，2ml聚乙烯亚胺(PEI，600Da)和150mg多巴胺在多巴胺溶液溶解在5ml硼砂缓冲剂中。接着，将PAA溶液在PEI/多巴胺溶液中混合。并且添加1.0ml氢氟酸(48-51％)和0.5ml AlCl₃(320mg，在去离子水中)，将pH调节到约7.75。

对于氟化物吸收实验来说，将健康的牛门牙釉质使用甲基丙烯酸甲酯植入树脂玻璃棒(1/4”直径×2”长)的端部中。随后，通过在约室温浸没在0.1M乳酸/0.2％Carbopol907 50％(用磷酸钙溶液饱和，pH5.0)中约24小时，来在它们中形成人工初始损害。将全部(健康和损害的)样本预热到37℃。然后，将所述涂剂作为薄层施用覆盖所述样本。在37℃一分钟之后，将全部样本空气干燥，并且再次称重来测定多少涂剂已经用于每个上。没有用力除去测试涂剂。尝试平衡基于这些重量的涂剂量(±10％)。更多的涂剂可以添加到重量较低的一个中，但是不从较重的那些中除去涂剂。为了模拟对于口腔内损害区域(其可能与涂涂剂区域紧邻)的效果，将一个损害样本(在一个棒中)与带有涂剂覆盖的健康样本的棒并排连接。为了模拟涂剂在口腔中的自然除去，因此将每对样本在恒定的适度搅拌(130rpm)下浸入具有粘液素的人工唾液(10ml)中5分钟。在5分钟后，将样本置入新的人工唾液中。为了模拟氟化物从涂剂中的释放和随后的吞咽，在第一个4小时的浸没中，频繁更换人工唾液。然后，同样在15和30分钟和1和4小时，将它们置于具有粘液素的新人工唾液中。在4小时新唾液更换后，将它们放置在AS中另外20小时。它们在人工唾液中总共是24小时。在室温和恒定的适度搅拌(130rpm)24小时(总共)之后，从健康样本表面刷掉或剥掉任何可见的涂剂。没有进行KOH浸没。全部样本(健康的和损害的)用去离子水充分冲洗。然后通过(分别)浸没在0.5ml的1.0N HCIO₄中15秒来从每个样本(健康的和损害的)除去一层釉质。然后将每个蚀刻溶液的样品用TISAB缓冲到pH是5.2(0.25ml样品，0.5ml的TISAB和0.25ml的1NNaOH)，并且通过与类似制备的标准曲线相比来测定氟化物含量(1ml标准物和1ml的TISAB)。NMS2从釉质的F吸收是约2500ppm。

合成涂剂用于测试牙本质小管掩蔽

在一个实施例中，用于粘附釉质的牙科涂剂是通过一锅法和单个步骤方法合成的。首先，将280mg聚丙烯酸(PAA)溶解在5.0ml去离子水中，并且使用8N NaOH和浓HCl(浓缩的)将pH调节到约8.5至9.0。在分别的容器中，将115mg多巴胺溶解在5ml去离子水中，并且将1ml聚乙烯亚胺(PEI，1200Da)和2ml聚乙烯亚胺(PEI，600Da)是在多巴胺溶液中混合，并且在室温反应15分钟。接着，将PAA溶液在PEI/多巴胺溶液中混合。并且将0.5ml精氨酸(70mg，在去离子水中)，0.5ml的AlF₃(32mg/ml去离子水溶液)，0.875ml氢氟酸(48-51％)和1ml硼砂缓冲剂(pH 8.3)添加到配制物中和彻底混合。最终添加0.5ml的AlCl₃(360mg，去离子水)和0.4gm的PEI(10000Da)，并且将pH调节到约7.75。

接着，合成了不同组合的配制物，并且使用上述程序进行了掩蔽测试的测试(表7)。

表7

使用扫描电镜，用牛牙齿来测试牙本质小管掩蔽。根据所述程序，使用去离子水调节经处理的样本，来制备样品。制备了测试牙质基底，并且储存在5℃的麝香草酚溶液中。基底使用光学显微镜在200×检查来确认小管是可见的和适用的。

将制备的牛牙齿样品从去离子水中除去，并且用新的去离子水冲洗。从样品表面上吸干多余的水。在牙齿仍然潮湿的情况下将涂剂薄层施用到牙齿的测试侧上。这用施涂器刷来进行。使得处理过的样品放置1分钟，然后将样品使用自来水以适度的流速清洗10秒来除去未粘附到样品上的涂剂。在涂剂施涂后，将样品在室温置于人工唾液中2小时，并且不对人工唾液(AS)进行任何搅动。

在浸泡后，除去样品，使用去离子水轻轻冲洗，并且使其空气干燥最少2小时来除去整体水。样品然后置于50℃烘箱中一整夜来干燥。将干燥样品用脱水的碳涂覆，并且在扫描电镜(SEM)下观察，比较对照物和所处理的侧。

SEM显微图(图5)显示了在涂剂处理侧上的小管掩蔽。水凝胶涂剂配制物S43和S46已经满足了所要求的验收标准，并且被认为在这个测试条件下有效地掩蔽了牙本质小管。

本领域技术人员将理解可以对本文所示的实施方案和说明书进行不同的改变，而不脱离本发明的主旨和范围。它的目的是处于本发明主旨和范围内的全部这样的改变被所附权利要求书所覆盖。

Claims

1.合成牙科涂剂的方法，其包括：

a.使多巴胺聚合；

b.使步骤a的聚合的多巴胺与阳离子聚合物共价键合；

c.使所述阳离子聚合物与阴离子聚合物进行反应；和

d.使该多巴胺与金属离子交联。