CN116270727B - 口腔抗菌组合物及制备方法和用途 - Google Patents

口腔抗菌组合物及制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开口腔抗菌组合物及制备方法和用途。该组合物包含钛酸锶钡和可选的辅料，其中钛酸锶钡在温度变化时释放或增强电流，从而提供抗菌或抑菌效果，或增强、提高抗菌或抑菌效果。本发明的组合物的形式包括但不限于凝胶、牙膏摩擦剂、牙膏、抗菌泡沫、漱口水、抗菌喷剂和口香糖，其能够根据口腔温度变化，实现抗菌效果或者增强、提高抗菌效果，从而可用于处于温度变化情形下的口腔抗菌。

Description

口腔抗菌组合物及制备方法和用途
技术领域
本发明涉及口腔抗菌领域，具体地涉及口腔抗菌组合物及制备方法和用途。
背景技术
目前，多种抗菌治疗方法如各种抗生素在临床上得到广泛应用。然而，由于在过去的几十年中抗生素的广泛使用及其引发的耐药菌的出现，使得抗生素的效果逐渐减弱，因此迫切需要开发新的抗微生物治疗策略。近年来，物理抗菌方法因其使用方便、可避免药物使用引起的细菌耐药性等优势在抗菌技术研究领域备受关注。常见的物理抗菌方法有电、磁、光、超声和热刺激等方法，尤其是电刺激抗菌引起人们极大的兴趣。
近年来，随着患口腔疾病的人们越来越多，口腔护理不到位和细菌滋生造成的龋齿、牙周炎等口腔疾病已引起人们的关注。例如中国专利申请CN104721823A公开了一种抗菌口腔组合物，其通过氧化剂、能够激活氧化剂的光活化剂和愈合因子来实现抗菌。再例如，中国专利申请CN110403848A公开了一种具有抗菌作用的口腔护理组合物，其通过微生物发酵获得溶菌酶从而发挥抗菌作用。
因此，目前仍需要开发一种基于材料的自抗菌性从而能够长效抗菌的口腔抗菌组合物。
背景技术中的信息仅仅在于说明本发明的总体背景，不应视为承认或以任何形式暗示这些信息构成本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为解决现有技术中的技术问题，本发明提供一种通过口腔温度变化实现抗菌或增强抗菌效果的口腔抗菌组合物及其制备方法和用途。具体地，本发明包括以下内容。
本发明的第一方面，提供一种口腔抗菌组合物，其包含钛酸锶钡和可选的辅料，其中所述钛酸锶钡在温度变化时释放或增强电流，从而提供抗菌或抑菌效果，或增强、提高抗菌或抑菌效果。
在某些实施方案中，根据本发明所述的口腔抗菌组合物，其中，所述钛酸锶钡具有式BaxSr1-xTiO3，优选地，x为0.70±0.5，还优选为0.70。
在某些实施方案中，根据本发明所述的口腔抗菌组合物，其中，所述钛酸锶钡为微米颗粒、纳米纤维或微米棒状。
在某些实施方案中，根据本发明所述的口腔抗菌组合物，其中，所述组合物的温度变化区间包含钛酸锶钡的居里温度。
在某些实施方案中，根据本发明所述的口腔抗菌组合物，其中，所述钛酸锶钡的居里温度为31±2℃。
在某些实施方案中，根据本发明所述的口腔抗菌组合物，其中，所述组合物的温度变化区间为25-45℃。
在某些实施方案中，根据本发明所述的口腔抗菌组合物，其中，所述组合物包括但不限于：凝胶、牙膏摩擦剂、牙膏、抗菌泡沫、漱口水、抗菌喷剂和口香糖。
在某些实施方案中，根据本发明所述的口腔抗菌组合物，其中，所述钛酸锶钡可以进一步进行电晕极化处理。
本发明的第二方面，提供上述口腔抗菌组合物的制备方法，其中，所述方法包括以碳酸钡、碳酸锶和二氧化钛，以及可选的辅料为原料进行制备。
在某些实施方案中，根据本发明所述的制备方法，其中，所述制备方法包括通过以下步骤：
(1)称取铁电陶瓷原料，混匀磨细，得到混合料；
(2)将所述混合料高温煅烧，经固相反应生成抗菌颗粒前体，研磨得到热释电抗菌粉体；以及
可选的步骤(3)将所述热释电抗菌粉体经电晕极化处理，得到所述钛酸锶钡，其中，所述电晕极化处理的参数包括：极化电压1-30kV，极化距离1-50mm，极化时间1-60min。
在某些实施方案中，根据本发明所述的制备方法，其中，所述高温煅烧包括使混合料在1250-1350℃下预烧结1-3小时，降温造粒后，以阶段性升温程序升至1350-1450℃下保持3-5小时，随后以阶段性降温程序降温至室温。
在某些实施方案中，根据本发明所述的制备方法，其中，所述阶段性升温程序包括以0.5-1.5℃/min升温到500-700℃，保温2-4小时，然后以2-4℃/min升温到1350-1450℃，所述阶段性降温程序包括以2-4℃/min从1350-1450℃降温至500-700℃，然后自然冷却至室温。
本发明的第三方面，提供无机材料在制备口腔抗菌组合物中的用途，其中，所述无机材料为钛酸锶钡，所述无机材料为钛酸锶钡，其中所述钛酸锶钡在温度变化时释放束缚电荷，从而提供电荷引起的物理抗菌或抑菌效果，或增强、提高抗菌或抑菌效果。
本发明的口腔组合物能够在温度变化时提供抗菌效果或者增强、提高抗菌效果。众所周知，人体口腔等因日常活动及生理功能(如饮食、说话、呼吸等)的特性，一直处于频繁温度变化的状态。本发明的口腔抗菌组合物能够将生理温度及环境温度波动特点与抗菌性能联系起来，结合日常实际，利用温差变化催化热释电颗粒抗菌效果，建立一种自抗菌性技术，开发一种具有长效抗菌功能、能满足日常温差幅度变化下依旧稳定持续的自抗菌性钛酸锶钡颗粒材料。
附图说明
图1为实施例1以及对比例1-3的铁电陶瓷的X射线衍射图。
图2为示例性钛酸锶钡对于口腔菌群的抗菌效果。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。除非另有说明，否则“％”为基于重量的百分数。
本发明的第一方面，提供一种口腔抗菌或抑菌组合物，本文有时也简称为“本发明的组合物”，其通过在一定变温范围内的温度变化实现抗菌或抑菌或增强、提高抗菌或抑菌效果，本发明的组合物包含钛酸锶钡和可选的辅料。
本发明中，温度变化范围(本文有时也称为“变温范围”)一般不特别限定，但为了具有更高的变温抗菌活性，优选使变温范围跨越钛酸锶钡的居里温度或者变温范围的边界。例如，当无机材料的居里温度为31.5℃或大约为31.5℃时，则变温范围可以是例如20-50℃、25-45℃，30-45℃等。
本发明中，钛酸锶钡是在温度变化时能够产生自由电荷的铁电相材料，优选使用包含碳酸钡、碳酸锶和二氧化钛的原料制备。还优选地，钛酸锶钡为具有式(BaxSr1-x)TiO3的铁电相材料，其中，x为大于0.65-0.75之间的任意数值，如0.65、0.7、0.75等，优选地，x为0.7，发明人通过研究发现x为0.7时的钛酸锶钡具有最优的抗菌性能。在本发明中，无机材料还可以是掺杂型钛酸锶钡。
本发明的钛酸锶钡的形态不特别限定，可以是颗粒，也可以是短纤维。在颗粒的情况下，粒径不特别限定，可以是10nm-10μm，例如100nm-8μm、500nm-5μm、800nm-3μm、1-3μm。在短纤维的情况下，所述纤维的长径比为(1-30):1，优选(1.5-20):1，更优选(3-10):1，例如(3-5):1等。在示例性实施方案中，短纤维的长度为1-10μm，如2-8μm、3-5μm等。在另外的示例性实施方案中，短纤维的直径为10-600nm、20-500nm、50-300nm、100-400nm、200-400nm等。本文中的粒径是指穿过颗粒内部的最长直线距离。长径比越大，则在相同条件下抗菌性趋向于提高。在某些实施方案中，本发明使用粒径为1-3μm的钛酸锶钡铁电陶瓷颗粒。此类材料结构均匀、电学性能稳定，从而发挥更好地抗菌作用。在某些实施方案中，本发明使用长径比为1-6的钛酸锶钡铁电陶瓷短纤维，从而实现提高的抗菌活性，其原因可能在于短纤维更有利于该无机材料产生的电流的传导。
本发明中，口腔抗菌组合物的形式不特别限定，只要包含本发明的钛酸锶钡和可选的辅料即可，例如可以是固态、凝胶态或液体。辅料不特别限定，其实例包括但不限于：赋形剂、抛射剂、增溶剂、乳化剂、着色剂、黏合剂、崩解剂、填充剂、润滑剂、润湿剂、渗透压调节剂，稳定剂、助流剂、矫味剂、防腐剂、助悬剂、芳香剂、抗黏合剂、整合剂、渗透促进剂、pH调节剂、缓冲剂、增塑剂、表面活性剂、发泡剂、消泡剂、增稠剂、包合剂、保湿剂、吸收剂、稀释剂、絮凝剂与反絮凝剂、抗氧剂、吸附剂和助滤剂。
在某些实施方案中，辅料选自硬脂酸镁、甘油、氢氧化铝、微晶纤维素、羟丙甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚维酮、聚乙二醇、乙基纤维素、甲基丙烯酸共聚物、聚醋酸乙烯、羧甲基乙基纤维素、羧甲基纤维素邻苯二甲酸酯、羟丙甲基纤维素邻苯二甲酸酯、聚丙烯酸树脂、聚羧乙烯、藻酸盐、卡拉胶、羧基乙酸内酯、树胶、硅胶、聚乙烯醇、甘露醇、预胶化淀粉、交联淀粉、羧甲基淀粉钠、糊精、聚环氧乙烷、壳聚糖、儿丁聚糖、离子交换树脂和胶原蛋白中的至少一种。
在示例性的方案中，本发明列举了含有本发明钛酸锶钡的口腔抗菌组合物的制备方法，但这不应视为是对本发明口腔抗菌组合物的任何限制，本领域技术人员可以根据需要，通过不同的制备方法或制备工艺得到本发明口腔抗菌组合物的不同形式产品，这些都在本发明的保护范围之内。
本发明的第二方面，提供一种口腔抗菌组合物的制备方法。本发明的制备方法不特别限定，可以是已知的任何方法。
在某些实施方案中，本发明的制备方法为固相烧结反应法，其至少包括：
(1)称取铁电陶瓷原料，混匀磨细，得到混合料；
(2)将所述混合料高温煅烧，经固相反应生成抗菌颗粒前体，研磨得到热释电抗菌粉体；
(3)将所述热释电抗菌粉体经电晕极化处理，得到所述热释电抗菌颗粒，其中，所述电晕极化处理的参数包括：极化电压1-30kV，极化距离1-50mm，极化时间1-60min。
本发明的步骤(1)为配料球磨步骤，其包括按照化学计量比计算不同组分的原料配比，称量原料粉末放入球磨罐，加入例如氧化锆球磨珠，采用例如湿法球磨，无水乙醇作为球磨介质。倒入球磨罐体积的2/3无水乙醇，在卧式球磨机上球磨。将混合均匀的原始粉料和无水乙醇倒入清洗干净的玻璃皿中，放入80℃的真空干燥箱中干燥。
本发明的步骤(2)为烧结生成抗菌颗粒前体的步骤，其包括使混合料在1250-1350℃下预烧结1-3小时，降温造粒后，以阶段性升温程序升至1350-1450℃下保持3-5小时，随后以阶段性降温程序降温至室温。本发明发现如果阶段性升温程序升温的温度过高，如高于1450℃，则得到的温度抗菌活性倾向于变低，可能原因在于温度过高得到的晶体的颗粒趋向于变大导致铁电性能趋向于变低。另一方面，如果温度过低，如低于1350℃，则抗菌活性同样趋向于变低，可能原因在于温度过低，烧结时没有达到原子扩散的温度，导致晶体生长不完全。
本发明中，预烧结程序包括以1-5℃/min，如2、3或4℃/min升温至1250-1350℃，如1300℃保持1、2或3小时。然后降温后放入研钵中研磨，再将其倒入球磨罐，在行星球磨机上进行二次球磨，行星球磨机的高速旋转会使得球磨介质对预烧粉料进行研磨、破碎，使得粉料更加均匀、细小。接下来，以阶段性升温程序升至1350-1450℃，如1300℃下保持3-5小时。示例性的阶段性升温程序包括以1℃/min升温到600℃，在600℃保温3h，然后以3℃/min升温到1350～1450℃，保温4h。随后进行以阶段性降温程序降温，其包括以3℃/min降温到600℃，之后再随炉冷却至室温。
本发明的步骤(3)为可选的电晕极化处理步骤，其中，电晕极化处理的参数包括：极化电压1-30kV，如10kV、15kV、20kV、25kV等。极化距离1-50mm，如10mm、20mm、30mm、40mm等。极化时间为1-60min，如5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min和50min等。
本发明还提供一种抗菌方法或增强抗菌效果的方法，本文有时简称为“本发明的方法”，其包括使用本发明所述的组合物的步骤，可以是体外方法，也可以是体内方法。体外方法实例包括例如通过将本发明的组合物添加到口腔用产品表面来抑制或降低口腔用产品的细菌活性方法等。优选地，本发明的方法进一步包括使至少组合物的温度在规定的温度区间内变化的步骤。优选地，钛酸锶钡的居里温度在所述温度区间内。
本发明的方法可用于抑制、降低或杀灭各种细菌，包括以变形链球菌为代表的革兰氏阳性以及口腔菌群等。
实施例1
一、配料球磨
以BaCO3、SrCO3和TiO2粉体作为原料，按表1的化学计量比计算不同组分的原料配比，称量原料粉末放入球磨罐，加入氧化锆球磨珠，采用湿法球磨，无水乙醇作为球磨介质。倒入球磨罐体积的2/3无水乙醇，在卧式球磨机上球磨8-12h，转速为150r/min。将混合均匀的原始粉料和无水乙醇倒入清洗干净的玻璃皿中，放入80℃的真空干燥箱中干燥2h。
二、预烧结和二次球磨
将干燥后的混合粉料倒入坩埚，放入马弗炉中在空气下进行预烧结工序，烧结程序为：以3℃/min升温到1300℃保温2h。将预烧粉料放入研钵中研磨30min，再将其倒入球磨罐，在行星球磨机上进行二次球磨，以300r/min的速度球磨8-12h，行星球磨机的高速旋转会使得球磨介质对预烧粉料进行研磨、破碎，使得粉料更加均匀、细小。将二次球磨粉料倒入清洗干净的玻璃皿中，放入80℃的真空干燥箱中进行干燥得到二次球磨粉料。
三、造粒过筛
配制质量分数为5％的聚乙二醇水溶液(PVA)作为增塑剂加入二次球磨粉料进行造粒，加入PVA的质量为二次球磨粉料质量的15％，将PVA与粉料的混合物在研钵中研磨30min，然后通过100目和200目筛子将过大、过小的粉料除去，留下颗粒大小适当的粉体进行压片成型。
四、压片成型
实验采用自动机械干压法对粉料进行压片，将适量的过筛粉体倒入模具中，通过上下两个光滑垫片挤压粉体成型，自动压片机的加压参数设置为10MPa，保压1min，最终，从模具中得到厚度约为1mm、直径约为10mm的圆柱状BST热释电陶瓷生片。
五、烧结
烧结是热释电陶瓷制备过程中最重要的一道工序。由于实验过程中加入了PVA，在烧结过程中，PVA会随着温度升高而挥发，如果升温太快，可能会导致陶瓷片的开裂、变形，所以需要在烧结程序中增加600℃保温3h排胶这一过程，并且在排胶前升温速率不能太快。此外，为了确保烧结制备出的热释电陶瓷样品具有较高的致密性和良好的结晶性，需要对马弗炉的升温速率、烧结温度以及保温时间等各项参数进行控制。经过实验探索，最终确定烧结程序为：以1℃/min升温到600℃，在600℃保温3h进行排胶，然后以3℃/min升温到1350-1450℃，保温4h，然后以3℃/min降温到600℃，之后再随炉冷却至室温得到BST热释电陶瓷。
六、后处理
通过砂纸或者抛光机将样品表面进行打磨，去除表层并使上下表面平整。将打磨后的BST热释电陶瓷进行超声清洗，然后通过丝网印刷法涂抹银电极，将样品转移至马弗炉，以3℃/min的升温速率在600℃保温15min，之后将制备好电极的BST热释电陶瓷样品放入硅油中极化。电晕极化处理的参数包括极化电压25kV，极化距离30mm，极化时间30min。
对比例1-3
取BaTiO3颗粒，经电晕极化处理，得到极化后的BaTiO3颗粒；电晕极化处理的参数包括：极化电压25kV，极化距离35mm，极化时间30min。
除了如表1所示改变原料组成外，以与实施例1相同的方式制备得到对比例1-3的无机颗粒。
表1
组成 居里温度(℃)
实施例1 Ba0.7Sr0.3TiO3 32.5
对比例1 BaTiO3 高于60
对比例2 Ba0.6Sr0.4TiO3 低于20
对比例3 Ba0.8Sr0.2TiO3 高于60
测试例
一、结构表征
取不同热释电抗菌颗粒备用，上X射线衍射仪扫描。仪器为德国Bruker-AXS D8Advance XRD衍射仪。采用的CuKα射线作为入射光，扫描范围为20-80°，扫描速度为10°/min(约25℃)。结果如图1所示。
二、微观性能表征
采用扫描电子显微镜(SEM)对不同颗粒的微观形貌进行表征，并使用NanoMeasurer软件对样品晶粒尺寸大小及分布进行分析。陶瓷粉体微观呈现50-2000nm粒径不等的不规则颗粒，粒径中位数约为400nm。
三、抗菌性能
采用稀释涂布平板法，具体地，取热释电颗粒，通过30个冷热循环(25-45℃变温)或在恒温条件下(37℃)，与500μL(104CFU/mL)变形链球菌共培养，取100μl于BHI琼脂平板上，均匀涂布，置于二氧化碳培养箱中培养48小时。扫描稀释涂布平板、计算抗菌性即微生物杀灭对数＝lg(空白对照组菌落计数/实验组菌落计数，对变形链球菌抗菌性能如表2所示。
另外，本发明还测试了本发明的组合物对于复合菌群的抑制效果。其通过下述方式制备：24小时不刷牙漱口，使用无菌棉签收集龋齿表面菌斑，将新鲜的牙菌斑接种于事先配好并高温高压消毒的BHI溶液中，将菌液浓度稀释至2.4X107CFU/ml。对口腔菌群的抗菌性能如图2所示。
本发明还测试了实施例1和对比例1-3的材料在未进行极化时的抗菌性能。结果如表2-3所示。具体测试方法与之前相同。
表2-变形链球菌抗菌性能
表3-口腔提取菌群的抗菌性能
实施例2
本实施例为具有抗菌效果的口腔护理用水凝胶，其为甲基丙烯酰化壳聚糖CSMA制备成的水凝胶。具体制备过程如下：
在1wt.％壳聚糖的乙酸溶液中逐滴滴加甲基丙烯酸酐，其中酸酐与氨基的比例为1:1。反应在60℃下进行，搅拌约6小时后加入1wt.％的Ba0.7Sr0.3TiO3，将混合物在蒸馏水中避光透析约3天，冷冻干燥后得到最终的海绵状产品，室温保存备用。
使用方法为：将CSMA材料配置成质量浓度为10％的水凝胶，将水凝胶涂布于患牙表面。通过30个冷热循环(25-45℃变温)处理后，测试抗菌性如下：对变形链球菌的抗菌性，即微生物杀灭对数为1.696；对口腔提取菌群的抗菌性，即微生物杀灭对数为1.285。
实施例3
本实施例为具有抗菌效果的漱口水，其组成如下：
通过30个冷热循环(25-45℃变温)处理后，测试抗菌性如下：对变形链球菌的抗菌性，即微生物杀灭对数为1.716；对口腔提取菌群的抗菌性，即微生物杀灭对数为1.231。
实施例4
本实施例为具有抗菌效果的牙膏摩擦剂，牙膏摩擦剂由Ba0.7Sr0.3TiO3颗粒组成。
实施例5
本实施例为具有抗菌效果的牙膏，以牙膏的重量为百分比计，包括：实施例4中的牙膏摩擦剂20wt％；保湿剂：山梨醇61wt％；粘结剂：羟甲基纤维素钠1wt％；发泡剂：月桂醇硫酸酯钠2wt％；防腐剂：对羟基苯甲酸酯类3wt％；香味剂：香精1wt％；甜味剂：糖精0.3％；余量为去离子水。
按重量百分比，分别称取上述组分；将保湿剂置于制膏机中；将防腐剂、香味剂、甜味剂溶于水中，经液料罐搅拌，混合均匀，加至制膏机中，搅拌10分钟混合均匀；将牙膏摩擦剂、粘结剂、发泡剂混合均匀，加至制膏机中，搅拌15分钟混合均匀；脱气，得到牙膏。
使用方法为：刷牙时使用，可取少许牙膏涂布于患牙的表面。
在抗菌性能测试中，采用实施例4的牙膏摩擦剂的抗菌牙膏测试抗菌性如下：对变形链球菌的抗菌性，即微生物杀灭对数为1.713；对口腔提取菌群的抗菌性，即微生物杀灭对数为1.371。
实施例6
本实施例为具有抗菌效果的口香糖，其包含如下组分的原料制备得到：0.5-0.7wt％的Ba0.7Sr0.3TiO3、10-12wt％的糖醇、40-65wt％的胶基、0.1-0.2wt％的柠檬酸、0.1-0.6wt％的润滑剂、0.05-0.55wt％软化剂以及8-20wt％的水。通过30个冷热循环(25-45℃变温)处理后，测试抗菌性如下：对变形链球菌的抗菌性，即微生物杀灭对数为1.594；对口腔提取菌群的抗菌性，即微生物杀灭对数为1.098。
尽管本发明已经参考示例性实施方案进行了描述，但应理解本发明不限于公开的示例性实施方案。在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的示例性实施方案做多种调整或变化。权利要求的范围应基于最宽的解释以涵盖所有修改和等同结构与功能。

Claims (5)

1.无机材料在制备口腔抗菌组合物中的用途，其特征在于，所述无机材料为钛酸锶钡，其中所述钛酸锶钡在温度变化时释放束缚电荷，从而提供电荷引起的物理抗菌或抑菌效果，或增强、提高抗菌或抑菌效果，所述钛酸锶钡具有式BaxSr1-xTiO3，其中，x为0.7，所述组合物的温度变化区间包含钛酸锶钡的居里温度，所述钛酸锶钡的居里温度为31±2℃，所述组合物的温度变化区间为25-45℃，所述组合物为凝胶、漱口水或口香糖。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述口腔抗菌组合物包含可选的辅料。
3.根据权利要求2所述的用途，其特征在于，所述钛酸锶钡为微米颗粒、纳米粉末、纳米纤维或微米棒状。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用途，其特征在于，所述钛酸锶钡以碳酸钡、碳酸锶和二氧化钛为原料进行制备。
5.根据权利要求4所述的用途，其特征在于，所述钛酸锶钡的制备过程中包括对所述钛酸锶钡进行电晕极化处理步骤。
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