本發(fā)明屬于材料科學(xué)、仿生學(xué)、高分子科學(xué)技術(shù)以及醫(yī)用生物材料領(lǐng)域，涉及一種生物礦化層/光固化樹脂復(fù)合材料以及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

牙釉質(zhì)內(nèi)有序排列的釉柱結(jié)構(gòu)對牙釉質(zhì)的機械強度起決定性作用。作為牙體最外層，牙釉質(zhì)容易受到細(xì)菌代謝或是酸性食品的腐蝕而損壞，在酸蝕牙釉質(zhì)表面重建釉質(zhì)樣結(jié)構(gòu)是牙齒修復(fù)領(lǐng)域的重要課題。與生物礦化相關(guān)的蛋白大多具有非常多的酸性氨基酸殘基，如谷氨酸和天冬氨酸(Materials Science and Engineering C 54(2015)150–157)。介孔生物活性玻璃具有較高的比表面積和高的鈣磷組成，在體液環(huán)境中可以發(fā)生離子交換，從而可以在材料表面很快發(fā)生礦化(Applied Surface Science 283(2013)833–842)。由于其良好的生物活性，已應(yīng)用在牙科修復(fù)材料中。光固化復(fù)合樹脂由于具有強度高，良好的可塑性及固化后可打磨拋光等優(yōu)點，在牙科修復(fù)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。

中國專利CN103919686A公開一種牙體修復(fù)用復(fù)合材料，其由納米羥基磷灰石和樹脂基體構(gòu)成，中國專利CN101390813A公開了在酸蝕過的牙釉質(zhì)或牙本質(zhì)表面上填充含功能單體PMDM及改性羥基磷灰石的齒科修復(fù)樹脂，但是這些現(xiàn)有技術(shù)中，羥基磷灰石不能與牙體很好地結(jié)合而起到表面修復(fù)作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可用于修復(fù)酸蝕牙釉質(zhì)表面的生物礦化層/光固化樹脂復(fù)合材料以及制備方法和應(yīng)用。

一方面，本發(fā)明提供一種生物礦化層/光固化樹脂復(fù)合材料，其具有類牙釉質(zhì)有序結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石再礦化層、和形成于所述再礦化層表面的光固化樹脂，所述再礦化層是由生物活性玻璃在酸性氨基酸作用下通過生物礦化而形成的。

本發(fā)明利用生物礦化的基本原理，將氨基酸作為有機添加劑，將生物活性玻璃作為無機礦物質(zhì)，通過生物礦化形成具有類牙釉質(zhì)有序結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石再礦化層，從而可以有效修復(fù)酸蝕牙釉質(zhì)表面，同時再礦化層與光固化樹脂復(fù)合進行力學(xué)增強，能夠使形成的復(fù)合層具有良好的顯微硬度。

較佳地，所述再礦化層是在酸蝕牙釉質(zhì)表面原位形成的。本發(fā)明通過生物礦化在酸蝕牙釉質(zhì)表面原位構(gòu)建具有有序結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石再礦化層，再經(jīng)過光固化樹脂力學(xué)增強， 形成具有類牙釉質(zhì)結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石/樹脂復(fù)合牙齒保護層，其呈現(xiàn)出良好的顯微硬度，具有優(yōu)良的保護牙齒的功能。原位修復(fù)牙釉質(zhì)，具有更好的力學(xué)性能。

較佳地，所述再礦化層與所述光固化樹脂的質(zhì)量比為1:1～9:1。

較佳地，所述再礦化層的厚度為10納米～1微米。

較佳地，所述生物活性玻璃為具有介孔結(jié)構(gòu)的微米級粉體，呈蠕蟲狀，長1-8微米，直徑100-300納米，介孔孔徑為5～10納米，BET比表面積為200-600m²/g。

較佳地，所述酸性氨基酸為天門冬氨酸和/或谷氨酸。

另一方面，本發(fā)明提供上述生物礦化層/光固化樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

將基底材料、優(yōu)選為酸蝕牙釉質(zhì)置于酸性氨基酸水溶液或生物活性玻璃漿體中浸泡一段時間后，取出并清洗表面，然后置于生物活性玻璃漿體或酸性氨基酸水溶液中浸泡一段時間后，取出并清洗表面，再置于模擬口腔溶液浸泡一段時間，從而在基底材料表面形成具有類牙釉質(zhì)有序結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石再礦化層；

在所得的再礦化層表面滴加含有引發(fā)劑的光固化樹脂單體溶液，光照聚合，即得到所述生物礦化層/光固化樹脂復(fù)合材料。

本發(fā)明通過氨基酸調(diào)控的生物礦化在酸蝕牙釉質(zhì)表面構(gòu)建再礦化層，以及再礦化層與光固化復(fù)合樹脂復(fù)合以提高牙釉質(zhì)表面顯微硬度，從而可用于牙釉質(zhì)表面修復(fù)。本發(fā)明的制備方法原料廉價易得，過程簡單可控。

較佳地，所述酸性氨基酸水溶液的濃度為0.1wt％-1wt％，在酸性氨基酸水溶液中的浸泡時間為12小時～48小時。

較佳地，所述生物活性玻璃漿體的濃度為0.1wt％-10wt％，在生物活性玻璃漿體中的浸泡時間為10分鐘～60分鐘。

較佳地，在模擬口腔溶液中的浸泡時間為1天～7天。

較佳地，所述光固化樹脂單體溶液包括一種或幾種帶有雙甲基丙烯酸酯基官能團的主單體、以及一種或幾種雙甲基丙烯酸酯基稀釋單體，所述光引發(fā)劑包括樟腦醌，1-苯基-1,2-丙二酮，2,3-丁二酮中的至少一種，光照聚合時間為1～5分鐘。

再一方面，本發(fā)明還提供上述生物礦化層/光固化樹脂復(fù)合材料在制備牙釉質(zhì)表面修復(fù)材料中的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為原始牙釉質(zhì)表面的掃描電鏡照片；

圖2為酸蝕牙釉質(zhì)表面的掃描電鏡照片；

圖3為再礦化處理之后的牙釉質(zhì)表面的掃描電鏡照片。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和下述實施方式進一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。

本發(fā)明一方面提供了一種生物礦化層/光固化樹脂復(fù)合材料，包括：具有類牙釉質(zhì)有序結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石再礦化層、和形成于所述再礦化層表面的光固化樹脂。

所述再礦化層是由生物活性玻璃在酸性氨基酸作用下通過生物礦化而形成的。優(yōu)選地，所述再礦化層是由生物活性玻璃在酸性氨基酸作用下通過生物礦化在酸蝕牙釉質(zhì)表面原位形成的。即、通過氨基酸調(diào)控的生物礦化在酸蝕牙釉質(zhì)表面構(gòu)建再礦化層，以及與光固化樹脂復(fù)合以提高牙釉質(zhì)表面顯微硬度，從而用于牙釉質(zhì)表面修復(fù)。

所述生物活性玻璃可以是多組分的組成可調(diào)的非晶材料。主要為SiO₂-CaO類和SiO₂-CaO-P₂O₅類生物活性玻璃，采用的SiO₂：CaO：P₂O₅摩爾比為1:0.42～3:0～0.1。

另外，所述生物活性玻璃可以是具有介孔結(jié)構(gòu)的微米級粉體，呈蠕蟲狀，長1～8微米，直徑100～300納米，介孔孔徑為5～10納米，BET比表面積為200～600m²/g。

所述酸性氨基酸優(yōu)選為必需氨基酸，更優(yōu)選為谷氨酸和/或天冬氨酸。

所述再礦化層的厚度可為10納米～1微米。所述再礦化層的成分包括羥基磷灰石。而且所述再礦化層具有類牙釉質(zhì)有序棒狀結(jié)構(gòu)。因此，可以很好地修復(fù)酸蝕牙釉質(zhì)表面。

光固化樹脂可以是通過光固化樹脂單體在引發(fā)劑和光照作用下形成。作為光固化樹脂單體，例如可以是由一種或幾種帶有雙甲基丙烯酸酯基(DMA)官能團的主單體、一種或幾種DMA稀釋單體組成。光引發(fā)劑包括但不限于樟腦醌，1-苯基-1,2-丙二酮，2,3-丁二酮等。也可以采用其它口腔臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用的光固化樹脂單體及引發(fā)劑。

所述再礦化層與所述光固化樹脂的質(zhì)量比可為1:1～9:1。再礦化層與光固化樹脂復(fù)合進行力學(xué)增強，能夠使形成的復(fù)合層具有良好的顯微硬度。

本發(fā)明的生物礦化層/光固化樹脂復(fù)合材料可以以酸蝕牙釉質(zhì)表面為基底進行制備。即、以酸蝕牙釉質(zhì)表面為基底，以氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸等酸性氨基酸)為有機添加劑，在加有無機礦物質(zhì)(生物活性玻璃等)的體系中，通過生物礦化的方法在酸蝕牙釉質(zhì)表面原位構(gòu)建具有類牙釉質(zhì)有序結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石再礦化層，再經(jīng)過光固化樹脂復(fù)合后，形成具有類牙釉質(zhì)結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石/樹脂復(fù)合牙齒保護層，形成的類牙釉質(zhì)表面呈現(xiàn)出良好的顯微硬度，具有優(yōu)良的保護牙齒的功能。

在一個示例中，本發(fā)明的生物礦化層/光固化樹脂復(fù)合材料通過如下方法制備。

步驟1、表面光潔的牙釉質(zhì)表面經(jīng)酸蝕處理，用去離子水反復(fù)清洗待用；

步驟2、將用氨基酸溶液和無機礦物質(zhì)對步驟1中酸蝕牙釉質(zhì)表面進行原位礦化：將酸蝕牙釉質(zhì)放入一定濃度的酸性氨基酸(優(yōu)選天門冬氨酸和谷氨酸)水溶液中浸泡一段時間；取出酸蝕牙釉質(zhì)用去離子水清洗表面，置于生物活性玻璃漿體中浸泡一段時間；之后取出酸蝕牙釉質(zhì)用去離子水清洗表面，然后置于模擬口腔溶液浸泡一段時間；

步驟3、將步驟2中礦化后牙釉質(zhì)表面滴加一定濃度的加有引發(fā)劑的光固化樹脂單體溶液，光照聚合。

所述步驟1中，酸蝕處理可為濃磷酸溶液，檸檬酸溶液，乳酸溶液等。

所述步驟2中，酸性氨基酸水溶液的濃度可為0.1wt％-1wt％。在酸性氨基酸水溶液中的浸泡時間為10分鐘～60分鐘。浸泡溫度可為室溫。

所述步驟2中，生物活性玻璃可為具有介孔結(jié)構(gòu)的微米級粉體，呈蠕蟲狀，長1-8微米，直徑100-300納米，介孔孔徑為5～10納米，BET比表面積為200-600m²/g。參照中國發(fā)明專利申請?zhí)?00510030787.7方法合成。

所述步驟2中，生物活性玻璃漿體的濃度可為0.1wt％-10wt％。在生物活性玻璃漿體中的浸泡時間可為10分鐘～60分鐘。上述示例示出先于酸性氨基酸水溶液中浸泡，再于生物活性玻璃漿體中浸泡，但應(yīng)理解，浸泡順序不限于此，也可以是先于生物活性玻璃漿體中浸泡，再于酸性氨基酸水溶液中浸泡。

所述步驟2中，模擬口腔溶液可為鈣磷鹽的飽和溶液，配制方法參照J(rèn)ournal of dentistry,42s1(2014):s30–s38的方法。在模擬口腔溶液中的浸泡時間可為1天～7天。在模擬口腔溶液中，介孔生物活性玻璃在酸性氨基酸的作用下，很快發(fā)生生物礦化而形成再礦化層。

所述步驟3中，光固化樹脂單體包括一種以上的主單體和一種以上的稀釋單體。主單體可以帶有雙甲基丙烯酸酯基(DMA)官能團，例如可為雙酚A丙三醇雙甲基丙烯酸酯。稀釋單體可以帶有雙甲基丙烯酸酯基(DMA)官能團，例如可為三乙二醇二甲基丙烯酸酯。光引發(fā)劑包括但不限于樟腦醌，1-苯基-1,2-丙二酮，2,3-丁二酮等。也可以采用其它口腔臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用的光固化樹脂單體及引發(fā)劑。在光固化樹脂單體溶液中，主單體和稀釋單體的摩爾比可為1:1～7:3。引發(fā)劑與主單體的摩爾比可為1:70～1:50。

所述步驟3中光照聚合時間可為1-5分鐘。制得的樹脂與牙釉質(zhì)表面再礦化層復(fù)合物具有良好的顯微硬度。

本發(fā)明還提供一種酸蝕牙釉質(zhì)表面的修復(fù)方法。具體為氨基酸調(diào)控的生物礦化在酸 蝕牙釉質(zhì)表面構(gòu)建再礦化層，以及在礦化層與光固化復(fù)合樹脂復(fù)合以提高牙釉質(zhì)表面顯微硬度，從而用于牙釉質(zhì)表面修復(fù)。

本發(fā)明利用生物礦化的基本原理，將氨基酸作為有機添加劑，將生物活性玻璃作為無機礦物質(zhì)，在酸蝕牙釉質(zhì)表面進行原位礦化，發(fā)展了一種簡單有效的酸蝕牙釉質(zhì)表面結(jié)構(gòu)重建的方法。同時再礦化層與光固化樹脂復(fù)合進行力學(xué)增強，能夠使形成的復(fù)合層具有良好的顯微硬度。

下面進一步例舉實施例以詳細(xì)說明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護范圍。下述示例具體的工藝參數(shù)等也僅是合適范圍中的一個示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過本文的說明做合適的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。

實施例1：

1)牙釉質(zhì)準(zhǔn)備及酸蝕

牛前門牙使用前清洗干凈并浸泡在生理鹽水中后于4℃冰箱中冷藏。采用金剛石切割機切割牛牙，切掉牙根后將釉質(zhì)切成約5mm×5mm的小片，之后依次采用400、800、1500和2500的砂紙打磨拋光，得到光滑的釉質(zhì)表面。拋光完后，采用去離子水超聲清洗樣品表面的殘余物。之后將牙釉質(zhì)小片在37％的濃磷酸水溶液中浸泡1分鐘酸蝕。

2)氨基酸溶液和生物活性玻璃漿體的配制：

氨基酸溶液的配制：稱取0.4g天冬氨酸粉體溶解于100mL去離子水中，并于室溫下攪拌均勻，最終得到濃度為0.4％天冬氨酸水溶液，置于4℃冰箱保存，備用；

生物活性玻璃漿體的配制：稱取1g生物活性玻璃粉體(參照中國發(fā)明專利申請?zhí)?00510030787.7方法合成)加入9毫升水制成濃度為10％的生物活性玻璃漿體，超聲振蕩均勻備用。

3)再礦化步驟：

酸蝕的牙釉質(zhì)小片表面朝上浸泡于0.4％天冬氨酸水溶液中1天，之后取出，10毫升去離子水清洗一次，然后置于10％生物活性玻璃漿體中30分鐘，之后取出，用10毫升去離子水清洗一次。之后，采用以上方法處理的牙釉質(zhì)小片浸泡于模擬口腔溶液中2天。

4)與光固化樹脂復(fù)合

配制質(zhì)量比為雙酚A丙三醇雙甲基丙烯酸酯：三乙二醇二甲基丙烯酸酯：樟腦醌：4-二甲氨基苯甲酸乙酯＝49.5:49.5:0.2:0.8的溶液，滴加到再礦化處理后的牙釉質(zhì)小片上，之后紫外光 照固化3分鐘。

圖1、2、3分別示出原始牙釉質(zhì)、酸蝕牙釉質(zhì)及再礦化處理之后的牙釉質(zhì)表面的掃描電鏡照片，從這些圖中可以看出，再礦化層具有類牙釉質(zhì)的棒狀結(jié)構(gòu)。