專利名稱：氟磷灰石制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
目前牙醫(yī)預(yù)防醫(yī)學上，氟經(jīng)常被使用替代羥磷灰石中的氫氧根離子以形成氟磷灰石，并藉此以防止齲病。福克于1939年提出，氟存在于牙釉質(zhì)或牙本質(zhì)會降低其溶解度，因而得以防止齲病[1]。其后，許多實驗被用以解釋上述機轉(zhuǎn)。氟離子濃度的增加，會降低磷灰石的溶解度[2]。氟在弱酸下，也會降低牙釉質(zhì)溶解度，因而得以防止齲病。但上述現(xiàn)象的反應(yīng)機轉(zhuǎn)，仍無法確認。臨床上，有各種不同使用氟化物的方式。其主要的概念，在于形成分子結(jié)構(gòu)安定的氟磷灰石，以提高或延長其防止齲病的能力。比較上，臨床所使用傳統(tǒng)涂氟效率與效果均不理想[3]。氟磷灰石的形成，會造成磷灰石晶胞參數(shù)中a軸的縮短[4]。這是由于磷灰石中，氟離子置換氫氧根離子的結(jié)果。氟離子造成磷灰石晶體顆粒變大、缺陷減少、以及較強的鍵結(jié)，學者以此推論氟磷灰石具有較強的抗齲病的作用[5，6]。
此外，氟磷灰石亦可用于生物醫(yī)學材料牙齒局部涂氟、牙齒窩溝封閉劑、牙齒脫敏、牙齒充填材料、牙齒修復(fù)材料、骨質(zhì)填充材料、牙周手術(shù)牙周組織再生輔助材料、根尖手術(shù)牙周組織再生手術(shù)輔助材料、鼻竇升高術(shù)組織再生輔助材料、骨脊加寬填高組織再生輔助材料、人工牙根涂布材料。
使都瓦特制備氟磷灰石的過程中，所加入的鎂離子會減緩磷灰石的結(jié)晶速率且鋰離子的生物兼容性與制備過程反應(yīng)機制并未有所解釋[16]。結(jié)晶物表面吸熱反應(yīng)的過程中，確實吸收的溫度并未有藉助X射線衍射圖像獲取相關(guān)資料的文獻。
本研究以密度測試、掃描電鏡分析、X射線衍射分析、差異溫度與熱重量分析、付里葉變換紅外光譜分析等，探討氟化鈣與羥磷灰石的最佳組成比例、燒潔條件、晶體結(jié)構(gòu)、晶胞參數(shù)與反應(yīng)機制。氟磷灰石與牙齒間接口的研究，主要藉助于掃描電鏡。我們仿效[15]特定角度磷灰石晶面(300)處X射線衍射分析方法，以確認合成物為氟磷灰石。并以上述種種分析結(jié)果探討與確認，合成氟磷灰石反應(yīng)機制中的共晶易熔物。所欲解決之問題由于使都瓦特加入鎂離子會減緩磷灰石的結(jié)晶速率且鋰離子的生物兼容性未明。因此，本實驗所合成氟磷灰石，僅以氟化鈣與羥磷灰石制備形成。
探討與確認氟磷灰石形成過程中，共晶易熔物的反應(yīng)機制。發(fā)明之特性不同比例的氟化鈣與羥磷灰石，在不同的溫度條件下展現(xiàn)不同特性。
在攝氏溫度九百度以上，百分之七十重量百分比的羥磷灰石與百分之三十重量百分比的氟化鈣，燒潔后可獲得較好的反應(yīng)密度，據(jù)此形成氟磷灰石。其反應(yīng)較完全的特性，有利于激光燒潔羥磷灰石混合物于牙齒牙釉質(zhì)表面，作為傳統(tǒng)牙齒表面涂氟之替代方式。
溫度在攝氏溫度八百度以下，氟化鈣的重量百分比(百分之五至百分之三十五)與羥磷灰石的重量百分比(百分之六十五至百分之九十五)，在上述不同比例下燒潔并未有明顯體積收縮變化。此特性有利于激光燒潔填補牙齒過程，減少不同物質(zhì)間燒潔接口的空隙。
確認氟磷灰石形成過程中，反應(yīng)機制所藉助的共晶易熔物為氟化鈣與氫氧化鈣。氫氧化鈣、氟化鈣與羥磷灰石混合后，將使得燒潔上述混合物所需的溫度遠低于羥磷灰石本身燒潔所需的溫度。
以不同溫度燒潔磷酸鈣系混合物或化合物的X射線衍射圖像與經(jīng)激光燒潔后圖像比較，可以測量磷酸鈣系混合物或化合物表面經(jīng)激光燒潔所吸收的溫度。具體實馳方式(材料與方法、使用物質(zhì)、動作方式、技術(shù)內(nèi)容)2.1氟磷灰石的制備以不同重量百分比的氟化鈣(重量百分比百分之五至百分之三十五)與羥磷灰石(重量百分比百分之六十五至百分之九十五)在去離子水下，滾球滾動混合二十四小時。混合后取出干燥，將干燥后的羥磷灰石混合物在攝氏溫度七百度至七百五十度下煅燒二小時。將煅燒后的羥磷灰石混合物，以球研磨器研磨成粉狀后再干燥。將干燥的粉末填加聚醋酸乙烯造粒后，再以3噸/平方公分壓力壓片成0.2公分厚1.3公分直徑的圓盤片狀，以所形成的圓盤片狀羥磷灰石混合物試片進行密度測試、掃描電鏡分析、X射線衍射分析、差異溫度與熱重量分析。將干燥后未填加聚醋酸乙烯的羥磷灰石混合物粉末，以乙醇涂布于無齲病大臼齒牙釉質(zhì)表面后以二氧化碳激光進行燒潔，燒潔后以掃描電鏡進行觀察與分析。2.2密度分析不同重量百分比的氟化鈣(重量百分比百分之五至百分之三十五)與羥磷灰石(重量百分比百分之六十五至百分之九十五)所形成的混合物，在攝氏溫度八百度至一千一百度下，燒潔二小時，其過程以121S做燒潔密集傾向之密度分析。2.3激光處理夏普藍20XJ二氧化碳激光5瓦聚焦連續(xù)波間斷式不冷卻下，透過0.3毫米直徑的中空管尖端，照射羥磷灰石混合物圓盤片狀表面。在相同激光照射條件下，將羥磷灰石混合物燒潔在無齲病大臼齒牙釉質(zhì)表面。經(jīng)測量，激光中空管在連接中空管尖端接合處的功率密度為2266.67瓦/平方公分。2.4掃描電鏡觀察經(jīng)過干燥處理的羥磷灰石混合物試片圓盤，與剖開燒潔羥磷灰石混合物的牙齒牙釉質(zhì)表面以做試片表面鍍金處理。鍍金處理后，以掃描電鏡進行顯微結(jié)構(gòu)之觀察，并以作記錄。2.5X射線衍射分析藉助菲利浦PW 1700 X射線衍射儀器，在銅化鉀α放射及鎳過濾器于40毫安培及40千伏特下進行X射線衍射分析。以20°至65°的角度，每秒0.04°的速率掃描作傳統(tǒng)X射線衍射晶相分析。為了區(qū)分氟磷灰石與羥磷灰石，我們使用32.5°至33.5°的角度，以每秒0.005°的掃描速率作特定角度X射線衍射晶相分析。2.6差異溫度與熱重量分析差異溫度與熱重量分析儀器配合X射線衍射儀器，檢驗?zāi)ゼ殶凉嵑蟮姆勰?。差異溫度與熱重量分析儀器，加溫速率設(shè)定為每分鐘攝氏溫度二十度。從50℃至1250℃的吸、散熱表現(xiàn)過程，以鉑金愛馬系統(tǒng)2000作記錄。每個試片的整體重量為10毫克，以高度純化的鋁粉末作為參考基準。以差異溫度分析記錄加熱過程吸、散熱反應(yīng)，以熱重量分析記錄加熱過程重量變化。2.7付里葉變換紅外光譜分析付里葉變換紅外光譜儀配合X射線衍射儀器，檢驗羥磷灰石粉末、未經(jīng)激光照射處理的合成氟磷灰石與經(jīng)激光照射處理的合成氟磷灰石粉末所產(chǎn)生的相變化。付里葉變換紅外光譜儀分析過程，以溴化鉀混合羥磷灰石、未經(jīng)激光照射處理的合成氟磷灰石、經(jīng)激光照射處理的合成氟磷灰石。以一毫克樣品比三百毫克溴化鉀的混合比例，混合后以每平方公分一噸的壓力形成壓片，壓片后以鉑金愛馬系統(tǒng)2000付里葉變換紅外光譜儀器分析記錄。付里葉變換紅外光譜儀所使用以檢驗官能基波數(shù)區(qū)間為4000-370cm-1。實驗結(jié)果3.1.密度分析使用經(jīng)過確認，粉體粒徑和比表面積相似的羥磷灰石混合物粉末進行密度分析。重量百分比不同的氟化鈣與羥磷灰石所形成羥磷灰石混合物，密度分析上于不同的燒潔溫度有不一樣的反應(yīng)。在攝氏溫度九百度以上，羥磷灰石重量百分為百分之七十與氟化鈣重量百分比為百分之三十時，可獲得較好的反應(yīng)密度。攝氏溫度八百度以下燒潔時，實驗中所形成的氟磷灰石體積無明顯改變。上述特性，有利于牙科臨床上作為填補材料之用途(

圖1)。3.2.掃描電鏡觀察與分析以掃描電鏡觀察二氧化碳激光照射燒潔后的羥磷灰石混合物與牙釉質(zhì)表面，可見到完整未熔融牙釉質(zhì)表面與燒潔融合的羥磷灰石混合物間的接口(圖2)。掃描電鏡觀察二氧化碳激光照射燒潔后的羥磷灰石混合物，可見磷灰石的結(jié)晶形成長棒狀結(jié)構(gòu)。有的并且形成優(yōu)向排列，上述結(jié)晶以X射線衍射圖像分析比對X射線衍射圖像分析標準委員會所編的粉末衍射卡片集資料，顯示為氟磷灰石(圖3、4、5)。高倍掃描電顯觀察下，亦可見燒潔融合的六方形結(jié)晶物(氟磷灰石)，仔細觀察下可見立方形結(jié)晶物(氟化鈣)。3.3.X射線衍射分析氫氧磷灰石、未經(jīng)激光處理羥磷灰石混合物、經(jīng)激光處理羥磷灰石混合物，三者X射線衍射分析顯現(xiàn)不同的分析圖像(圖6)。上述羥磷灰石混合物，于使用32.5°至33.5°的角度以每秒0.005°的速率掃描作為特定角度晶相分析的X射線衍射分析圖像，經(jīng)與X射線衍射分析圖像標準委員會所編的粉末衍射卡片集資料比對顯示為氟磷灰石(圖7)。羥磷灰石混合物在二氧化碳激光照射前(已經(jīng)過熱處理者)及激光照射后的反應(yīng)物均是氟磷灰石。以不同溫度燒潔羥磷灰石混合物的X射線衍射圖像顯示，在攝氏溫度一千度以下，反應(yīng)生成物均是氟磷灰石。羥磷灰石混合物在未經(jīng)激光照射前(已經(jīng)過熱處理者)有四個晶相，其中最主要是氟磷灰石。其它為氟化鈣，羥磷灰石，氫氧化鈣。未經(jīng)激光照射前(已經(jīng)過熱處理者)的羥磷灰石混合物，所顯現(xiàn)的X射線衍射分析圖像較經(jīng)激光照射處理后羥磷灰石混合物的X射線衍射分析圖像強度較弱。超過攝氏溫度一千一百度以上，所產(chǎn)生的劇烈相變化為羥磷灰石的復(fù)現(xiàn)與β相之磷酸三鈣與氧化鈣的形成(圖8)。使用32.5°至33.5°的角度，以每秒0.005°角度的速率掃描，作為特定角度晶相分析的結(jié)果顯示，經(jīng)激光照射處理的羥磷灰石混合物X射線衍射分析圖像于晶面(300)X射線衍射強度最強。未經(jīng)激光照射處理的羥磷灰石混合物與經(jīng)激光照射處理的羥磷灰石混合物均較羥磷灰石于晶面(300)處分析下，有較高X射線衍射角度的反射。尤其，經(jīng)激光照射處理的羥磷灰石混合物于晶面(300a)處有較強的波峰與較窄的峰寬。羥磷灰石混合物于使用32.5°至33.5°的角度以每秒0.005°的速率掃描，作為特定角度晶相分析的X射線衍射分析圖像經(jīng)比對X射線衍射分析圖像標準委員會所編的粉末衍射卡片集資料顯示為氟磷灰石。X射線衍射分析圖像顯示，羥磷灰石于晶面(300)處的2θ為32.89度，由上述資料推算羥磷灰石晶胞參數(shù)中a軸長度為9.4344埃。X射線衍射分析圖像顯示，未經(jīng)激光照射處理的羥磷灰石混合物于晶面(300*)處的2θ為33.27度，推算磷灰石晶胞參數(shù)中a軸長度為9.3296埃。X射線衍射分析圖像顯示，經(jīng)激光照射處理的羥磷灰石混合物于晶面(300a)處的2θ為33.17度，推算磷灰石晶胞參數(shù)中a軸長度為9.3569埃(圖7)。3.4.差異溫度分析與熱重量分析羥磷灰石混合物的劇烈吸熱差異溫度分析反應(yīng)表現(xiàn)于1180±20℃，上述反應(yīng)為相轉(zhuǎn)變或初部熔化(圖9)。熱重量分析顯示在150℃至350℃與600℃至700℃兩失重區(qū)共近有百分之六失重。其中150℃至350℃的反應(yīng)，應(yīng)來自于加熱過程中，羥磷灰石混合物的脫水反應(yīng)(圖10)。
熱重量分析顯示，在600℃至700℃有大約百分之二的重量減少，主要是添加物聚醋酸乙烯的熱分解所造成。3.5付里葉變換紅外光譜儀分析以付里葉變換紅外光譜儀，使用波數(shù)區(qū)間4000-370cm-1檢驗官能基的結(jié)果顯示，羥磷灰石、未經(jīng)激光照射處理的羥磷灰石混合物與經(jīng)激光照射處理后羥磷灰石混合物三者，顯現(xiàn)著不同的紅外光譜像(圖11)。經(jīng)激光照射處理后的羥磷灰石混合物所顯現(xiàn)的紅外光譜像，顯示脫水(波數(shù)3,445cm-1)及氫氧根離子的減少(波數(shù)3,567與627cm-1)?？崃_達等人亦曾提出同樣的報告[16]。經(jīng)激光照射處理后的羥磷灰石混合物，于付里葉變換紅外光譜分析下顯現(xiàn)與磷酸根有關(guān)的較強的穿透度(波數(shù)1,100-950cm-1與600-500cm-1)。雙股v 4磷酸根形式于羥磷灰石的紅外光譜圖像中，較未經(jīng)激光照射處理的羥磷灰石混合物紅外光譜圖像的穿透度強，且于羥磷灰石可見v2磷酸根的形式。雖然，于波數(shù)1,097、1,051、965、604、573以及470cm-1的紅外光譜圖像于穿透度稍有變化，但仍保存磷灰石的特性。磷灰石相變化出自于(1)脫水反應(yīng)(波數(shù)3,445與1,640cm-1)，(2)二氧化碳的參與反應(yīng)(波數(shù)2,363cm-1)，(3)碳酸化合物的減少(波數(shù)1,459與1,418cm-1)，與(4)由于氫氧根離子與氟離子的交換造成氫氧根離子減少(波數(shù)3,567cm-1)。氫氧根離子區(qū)(波數(shù)3,567cm-1)與v4磷酸根區(qū)(波數(shù)608與567cm-1)比例的下降，再次說明了氫氧根離子的減少。結(jié)論與本發(fā)明優(yōu)點實驗過程，我們使用聚醋酸乙烯作為試驗樣品壓片的造型。依據(jù)熱動力分析顯示，當超過攝氏溫度七百度時聚醋酸乙烯完全燃燒揮發(fā)。所以聚醋酸乙烯在羥磷灰石混合物實驗過程作為均勻穩(wěn)定壓片的介質(zhì)作用并不會對實驗分析、結(jié)果或據(jù)此所作成的推論造成干擾。
使都瓦特的研究報告指出，以氟化物混合物(氟化鋰、氟化鎂與氟化鈣)作為共晶易熔物，將使得羥磷灰石的燒潔時間加速，并且使燒潔所需溫度降低至300-500℃[16]。但是，費蓋拉卻指出，由于鎂離子的存在，減緩了羥磷灰石的結(jié)晶速率[17]。我們經(jīng)由密度測試實驗的結(jié)果顯示，百分之三十重量百分比的氟化鈣與百分之七十重量百分比的羥磷灰石所形成的羥磷灰石混合物，于實驗攝氏溫度九百度以上，可獲得較好的反應(yīng)密度，即反應(yīng)形成氟磷灰石較完全。攝氏溫度八百度以下燒潔時，實驗中所形成的氟磷灰石(燒潔后的羥磷灰石混合物)，體積無明顯改變，此特性有利于牙科臨床上作填補材料之用途。本研究結(jié)果顯示，氟化鈣是出引發(fā)共晶易熔現(xiàn)象的初步反應(yīng)物，但其與羥磷灰石反應(yīng)后所產(chǎn)生的氫氧化鈣才是主要的共晶易熔物。我們推論使都瓦特的研究報告中，所使用的氟化物混合物中，其與羥磷灰石反應(yīng)后產(chǎn)生的氫氧化鋰才是使得燒潔溫度大幅降低的主要共晶易熔物。我們提高鈣磷比例(＞1.67)的目的，在于防止激光照射反應(yīng)后造成不可預(yù)期相變化，即目的在于降低羥磷灰石相變化為β相之磷酸三鈣的不良反應(yīng)[8]。
氟在弱酸下會降低牙釉質(zhì)溶解度，因而得以預(yù)防齲病，但實際作用機轉(zhuǎn)仍無法確認。氟離子置換羥磷灰石中氫氧根離子的結(jié)果形成氟磷灰石，且造成磷灰石晶體中晶胞參數(shù)a軸的縮短。氟離子也會造成磷灰石晶體顆粒變大缺陷減少，以及較強的鍵結(jié)以抗齲病[5]。岡崎的研究報告認為，氟磷灰石的低溶解度主要與氟含量的多寡有關(guān)[18]。臨床上有各種不同使用氟化物方式，目的均是企圖將氟離子加入羥磷灰石以取代氫氧根離子[19-21]。因為氟的存在可以(1)降低牙齒表面的去礦化，(2)提高牙齒表面的再礦化，(3)抑制細菌酵素的作用。傳統(tǒng)上飲水加氟及涂氟也是基于上述觀念，目的在于形成分子結(jié)構(gòu)安定的氟磷灰石，以提高與延長其防止齲病的能力，但在臨床使用結(jié)果顯示，傳統(tǒng)的牙齒表面涂氟效率與效果較差[22]。
羥磷灰石是牙釉質(zhì)的主要成份。自1964年激光應(yīng)用于牙齒硬組織以來，許多相關(guān)于激光應(yīng)用于牙科臨床的報告被提出[3]。激光照射于牙齒牙釉質(zhì)，可以減低脫礦程度的報告也被提出，但實際機制仍無法確認[7，8，24]。激光應(yīng)用于牙齒牙釉質(zhì)，形成較穩(wěn)定的氟磷灰石導(dǎo)致磷灰石溶解度的降低[3]。學者經(jīng)使用穿透式電鏡分析結(jié)果顯示，無法完全解釋溶解度的降低是由于羥磷灰石的熔融與封閉性而來[7]。穿透式電鏡分析顯示，牙釉質(zhì)表面并非均勻熔融或完全封閉[12]，反而在晶體間或晶體內(nèi)部發(fā)現(xiàn)激光照射后仍存在一些空隙。經(jīng)本實驗激光照射處理的牙釉質(zhì)，并未有熔解或受熱裂開的現(xiàn)象。經(jīng)過中等程度能量二氧化碳激光照射后的羥磷灰石混合物(激光照射后形成氟磷灰石)緊密的與牙齒牙釉質(zhì)燒結(jié)在一起。上述實驗結(jié)果與蘇等學者報告相比較，可以推論而得，本實驗牙齒牙釉質(zhì)表面受激光照射所受溫度效應(yīng)影響應(yīng)小于攝氏溫度八百度[24]。本實驗經(jīng)激光照射處理后的羥磷灰石混合物，依據(jù)X射線衍射圖像，分析晶面(211)與晶面(112)的X射線衍射強度比例，計算其表面吸收溫度為攝氏溫度735℃。并且，中等程度能量激光使用上，所照射時間極短，對牙齒累積的熱量不至于造成牙齒牙髓的傷害。密度測試結(jié)果顯示，攝氏溫度低于八百度時，羥磷灰石混合物受溫度影響密度的反應(yīng)曲線無劇烈改變。上述密度測試結(jié)果，也足以用來解釋羥磷灰石混合物與牙齒牙釉質(zhì)表面間緊密結(jié)合的現(xiàn)象。
由于掃描電鏡與傳統(tǒng)X射線衍射分析所得結(jié)果，有必要進一步的分析比較才足以分辨出結(jié)晶物是羥磷灰石或者是氟磷灰石。我們采用特定磷灰石晶面(300)處的X射線衍射分析方式[15]，分析羥磷灰石、未經(jīng)激光照射的羥磷灰石混合物與經(jīng)過激光照射的羥磷灰石混合物，其結(jié)果與X射線衍射圖像分析標準委員會所編的粉末衍射卡片集資料相比較分析，證明氟磷灰石。上述實驗方法為有效區(qū)分羥磷灰石與氟磷灰石的方式。
經(jīng)過激光照射后的羥磷灰石混合物分屬四種結(jié)晶相，主要之結(jié)晶相為氟磷灰石。其它晶相依序為羥磷灰石、氟化鈣、氫氧化鈣。氫氧化鈣才是主要的共晶易熔物。羥磷灰石混合物經(jīng)過激光照射后形成氟磷灰石。羥磷灰石混合物無論激光照射前后，其特定角度X射線衍射分析圖像，與標準的X射線衍射分析圖像委員會所編的粉末衍射卡片集資料比對結(jié)果顯示，其晶相均顯示為氟磷灰石。但是，激光照射后的羥磷灰石混合物其X射線衍射分析波峰強度較強且波峰二分之一處較窄。磷灰石在特定磷灰晶面(300)處反射波峰亦顯示，激光照射后的羥磷灰石混合物其X射線衍射分析圖像顯示波峰強度較強。實驗結(jié)果顯示，氟的存在縮短了磷灰石晶胞參數(shù)中的a軸，增大了結(jié)晶與減低了晶體結(jié)構(gòu)缺陷，藉此增強對齲病的抵抗力。岡崎認為晶體大小、晶格結(jié)構(gòu)缺陷、內(nèi)外層晶面反射峰重迭與波峰變寬有關(guān)[25]。本研究經(jīng)由激光照射羥磷灰石混合物，使得羥磷灰石混合物有較強的波峰且波峰二分之一處變窄，顯示激光照射反應(yīng)形成較大的氟磷灰石結(jié)晶、有較佳的結(jié)晶度或因結(jié)晶過程降低應(yīng)變所致[26]。
付里葉變換紅外光譜儀研究結(jié)果顯示，于波數(shù)3,567與627cm-1有降低吸收強度的現(xiàn)象，表示氫氧根離子的失去。上述現(xiàn)象與X射線衍射分析圖像的結(jié)果顯示氟離子取代氫氧根離子形成了氟磷灰石。我們的研究結(jié)果顯示，二氧化碳激光照射后的羥磷灰石混合物，根據(jù)付里葉變換紅外光譜儀研究與X射線衍射分析結(jié)果顯示，并未有β相之磷酸三鈣的產(chǎn)生。
結(jié)晶的過程不僅受溫度影響，也受共存固相組成的改變而有所改變。吉丁等人研究指出，由于氟的存在使得碳酸鈣飽和溶液降溫至一定程度仍處于液態(tài)[27]。本研究結(jié)果，經(jīng)由X射線衍射分析與熱力學分析顯示，我們已獲得以較低溫度達到燒潔羥磷灰石混合物的目的。本研究反應(yīng)初期共晶易熔物為氟化鈣，而整體反應(yīng)過程中最主要的共晶易熔物則是氫氧化鈣。氟化鈣與氫氧化鈣共晶易熔效應(yīng)下，助熔起始點，可以低至670℃±5℃[27，28]，低于本實驗測量中等程度能量激光所計算的表面吸收溫度(攝氏溫度735℃)。實驗結(jié)果顯示，加溫處理過程于攝氏溫度一千一百度以上，羥磷灰石混合物反應(yīng)形成新的氟化鈣。上述反應(yīng)，乃藉助于氟磷灰石之供給氟，而氟磷灰石自身轉(zhuǎn)變?yōu)榱u磷灰石之結(jié)果。羥磷灰石在高溫下，繼續(xù)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪嘀姿崛}與氧化鈣[29]。本實驗過程中所有可能的反應(yīng)式為羥磷灰石混合物中，主要參與反應(yīng)物為氟化鈣與羥磷灰石。煅燒與激光照射處理后的羥磷灰石混合物均反應(yīng)形成氟磷灰石，氟磷灰石與羥磷灰石相比有較低的溶解度。本實驗研究結(jié)果顯示主要的共晶易熔物為氫氧化鈣。經(jīng)激光照射處理后的羥磷灰石混合物，不僅提供足夠的氟離子，亦提供了足量的鈣離子與氫氧根離子，上述環(huán)境足以在臨床使用激光涂氟處理過程中形成防齲病的保護層。上述反應(yīng)結(jié)果造成酸堿度與氟離子濃度的提高，在降低溶解度方面有加成效果。本實驗中幾個主要降低溶解度的因素，包括的相關(guān)離子有氟離子、鈣離子與氫氧根離子。我們提高鈣磷比例(＞1.67)的目的，在于有充分鈣離子的存在，得以防止羥磷灰石受溫度影響相變化為β相之磷酸三鈣。本實驗過程使用中等能量二氧化碳激光，并未導(dǎo)致其它不可預(yù)知相變化的出現(xiàn)。羥磷灰石混合物經(jīng)激光照射燒潔附著于牙齒牙釉質(zhì)后，亦可當作牙齒牙釉質(zhì)脫礦后再礦化的核種。本發(fā)明具有如下特點及功效1.氟磷灰石的制備過程，以不同比例的氟化鈣(重量百分比百分之五至百分之三十五)與羥磷灰石(重量百分比百分之六十五至百分之九十五)在去離子水下，滾球混合二十四小時?；旌虾笕〕龈稍?，并填加聚醋酸乙烯造粒后壓片。重量百分比不同的氟化鈣與羥磷灰石的混合物經(jīng)密度分析顯現(xiàn)，不同的燒潔溫度下，有不同的密度分析反應(yīng)曲線。使用攝氏溫度九百度以上燒潔時，氟化鈣于百分之三十重量百分比與羥磷灰石于百分之七十重量百分比可獲得較好的反應(yīng)密度，即反應(yīng)較完全。密度分析結(jié)果顯示，在高溫條件下，為達到反應(yīng)之完全與反應(yīng)后產(chǎn)物之穩(wěn)定，應(yīng)采用羥磷灰石重量百分之七十與氟化鈣重量百分之三十混合形成羥磷灰石混合物。使用攝氏溫度八百度以下燒潔時，氟化鈣(重量百分比百分之五至百分之三十五)與羥磷灰石(重量百分比百分之六十五至百分之九十五)于不同重量百分比的反應(yīng)密度無顯著差異。密度分析結(jié)果顯示，于攝氏溫度八百度以下燒潔過程所形成的氟磷灰石(羥磷灰石混合物煅燒后的反應(yīng)產(chǎn)物)體積無明顯改變，此特性有利于牙科臨床上作填補材料之運用。
2.在本實驗中，我們發(fā)現(xiàn)藉助氟化鈣與二氧化碳激光的作用，使得羥磷灰石在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為氟磷灰石。上述反應(yīng)機制的形成，不僅使得臨床上涂氟操作更容易，而且不費時。本實驗中，我們以氟化鈣(松散的氟鍵結(jié)化合物)作為鈣與氟的儲存槽，并當作初始反應(yīng)中的共晶易熔物[13]。氟化鈣與羥磷灰石反應(yīng)后，形成氟磷灰石過程的主要共晶易熔物為氫氧化鈣。氫氧化鈣降低羥磷灰石混合物達到燒潔所需的溫度。上述反應(yīng)后產(chǎn)物均具抗齲病效應(yīng)，尤其所形成氟磷灰石具有較大結(jié)晶顆粒。羥磷灰石混合物作為鈣與氟的儲金池，均使得經(jīng)過激光涂氟較一般牙釉質(zhì)有更強的抗齲病效應(yīng)。作為牙齒或骨質(zhì)材料填補物時，也較單獨使用羥磷灰石有較強的抗溶解能力。
3.氟化鈣作為共晶易熔物，將使得羥磷灰石燒潔反應(yīng)所需時間加速與達到燒潔所需的溫度降低。氟化鈣是引發(fā)共晶易熔現(xiàn)象的初步參與反應(yīng)物，但其與羥磷灰石反應(yīng)后所產(chǎn)生的氫氧化鈣才是主要的共晶易熔物。
4.生物相容性，研究分析表明，人體骨中含有0.07％的氟，在人體牙齒中發(fā)現(xiàn)有氟磷灰石的存在。微量氟離子的存在可以刺激骨的生長，又可以抵抗體液、口液、生物脢等對材料的侵犯，防止齲齒的發(fā)生，具有良好的高溫穩(wěn)定性及不易溶于水的特性。因此，把氟磷灰石作為人體硬組織的替代材料，特別是用作齒根材料、牙槽脊增高材料和頷骨修復(fù)材料，將顯示其優(yōu)越性?？膳浜霞す馐褂糜谏镝t(yī)學材料牙齒局部涂氟、牙齒充填材料、牙齒修復(fù)材料、牙周手術(shù)牙周組織再生輔助材料、鼻竇升高術(shù)組織再生輔助材料、骨脊加寬填高組織再生輔助材料、人工牙根涂布材料、人工牙根材料。參考文獻[1]?？?氟對牙本質(zhì)與牙釉質(zhì)溶解度的影響.生物醫(yī)學期刊1939；42725-727.(Volker JF.The effects of fluoride on the solubilty ofenamel and dentine.Proc Soc Exp Bio Med1939；42725-727.)[2]沃可.生物性磷灰石結(jié)晶之溶解度.牙醫(yī)醫(yī)學研究期刊1979；58852-6.(Voegel JC，Gamier P.Biological apatite crystal dissolution.J Dent Res 1979；58(Spec IssueB)852-6.)[3]田克.氟作用機轉(zhuǎn).北美臨床牙醫(yī)學期刊1999；43(4)715-735.(Ten Cate JM，Van Loveren.Fluoride mechanisms.Dent ClinNorth Amer 1999；43(4)715-735.)[4]岡崎.異合成氟磷灰石.生醫(yī)材料學期刊1992；13749-754.(Okazaki M.Heterogeneous synthesized of fluoridated hydroxyapatites.Biomaterials1992；13749-754.)[5]威爾.五氧磷化鈣系統(tǒng)的高溫研究.化學學會期刊1961；4442-4444.(Welch JH，Gutt W.High-temperature studies of the system 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權(quán)利要求
1.一種氟磷灰石(fluorapatite)化學式為Ca10(PO4)6(OH)x(F)y之制法，x＝0，1而y＝1，2，其特征在于僅使用氟化鈣與羥磷灰石以不同重量百分混合組成。以不同重量百分比的氟化鈣(百分之五至百分之三十五重量百分比)與羥磷灰石(百分之六十五至百分之九十五重量百分比)所形成高鈣磷重量百分比例(＞1.67)的羥磷灰石混合物在去離子水下，滾球滾動混合二十四小時，再取出干燥，將干燥后的羥磷灰石混合物在攝氏溫度七百至七百五十度煅燒二小時，制造形成氟磷灰石。煅燒后的羥磷灰石混合物以球研磨器研磨成粉狀后干燥，干燥的粉末填加聚乙烯醋酸(PVA)造粒后，在壓力機下用鋼模以單位壓力為50～3000Kg/cm2預(yù)壓成0.2公分厚1.3公分直徑的圓盤片狀試片進行密度測試、掃描電鏡分析、X射線衍射分析、差異溫度與熱重量分析、激光燒潔分析、磷酸鈣系混合物或化合物表面吸收溫度分析者。
2.請求專利部份第1項之方法，攝氏溫度九百度以上燒潔形成氟磷灰石，其中，羥磷灰石重量百分比百分之七十者。
3.請求專利部份第1項之方法，攝氏溫度九百度以下燒潔形成氟磷灰石，其中，氟化鈣重量百分比(百分之五至百分之三十五)與羥磷灰石重量百分比(百分之六十五至百分之九十五)混合形成羥磷灰石混合物燒結(jié)形成氟磷灰石者。
4.請求專利部份第1項之方法，其中，以攝氏溫度八百度至一千一百度燒潔形成氟磷灰石者。
5.請求專利部份第1項之方法，其中，以填加聚乙烯醋酸(PVA)造粒壓片者。
6.請求專利部份第1項之方法，其中，高鈣磷重量百分比超過(Ca/P＞1.67)者。
7.請求專利部份第1項之方法，其中，導(dǎo)致磷灰石晶體晶胞參數(shù)a軸縮短低于9.35695埃(Angstrom)亦即X射線衍射圖像2θ角大于33.17度者
8.本研究以氟化鈣作為共晶易熔物，制成氟磷灰石。經(jīng)研究氟化鈣是出引發(fā)共晶易熔現(xiàn)象的初步反應(yīng)物，但其與羥磷灰石反應(yīng)后產(chǎn)生的氫氧化鈣才是主要的共晶易熔物。我們亦可以羥磷灰石重量百分比百分之七十與氟化鈣、氫氧化鈣混合物制成氟磷灰石。
9.請求專利部份第8項之方法，其中，氫氧化鈣是主要的共晶相者。。
10.請求專利部份第8項之方法，其中，羥磷灰石重量百分比百分之七十者。
全文摘要
一種氟磷灰石(FAP)的制作方法，重量百分比不同的氟化鈣與羥磷灰石混合物，加入適量成型劑，經(jīng)模壓，燒結(jié)后可制得氟磷灰石。本發(fā)明材料制備不加入鋰或鎂離子。密度分析上，不同燒結(jié)溫度有不同的反應(yīng)曲線，在攝氏溫度九百度以上氫氧磷灰石重量百分比百分之七十時，可獲得較好的反應(yīng)密度。氟磷灰石的反應(yīng)機制中以氟化鈣與反應(yīng)后產(chǎn)生的氫氧化鈣為主要的共晶易熔物。由此制得的氟磷灰石具有最佳的生物相容性，可配合激光使用于生物醫(yī)學材料牙齒局部涂氟、牙齒充填材料、牙齒修復(fù)材料、牙周手術(shù)牙周組織再生輔助材料、鼻竇升高術(shù)組織再生輔助材料、骨脊加寬填高組織再生輔助材料、人工牙根涂布材料、人工牙根材料。
文檔編號A61K6/02GK1475436SQ0213647
公開日2004年2月18日 申請日期2002年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月12日
發(fā)明者吳長奇 申請人:文國琴