本發(fā)明屬于牙科樹脂材料改性技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物在改性牙科樹脂材料中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

復(fù)合樹脂以其美觀與功能兼優(yōu)的特點而被廣泛應(yīng)用于口腔臨床牙體缺損修復(fù)中，但是，復(fù)合樹脂較其它修復(fù)材料表面更易粘附細菌，且繼發(fā)齲發(fā)生率高，易導(dǎo)致修復(fù)失敗。因此，研發(fā)抗菌性樹脂材料是減少繼發(fā)齲發(fā)生、預(yù)防修復(fù)失敗的重要途徑。已有大量研究報道將銀納米顆?；蚣句@鹽分別添加至樹脂中獲得抗菌性能。但是，兩類材料在抗菌時效、抗菌效率及對載體材料的影響等方面各有優(yōu)缺，如何研發(fā)兼具兩者優(yōu)勢的有機無機復(fù)合抗菌材料逐漸成為了學(xué)者們關(guān)注的熱點。單獨添加銀納米顆粒與樹脂基質(zhì)間無化學(xué)連接，僅簡單分散于樹脂基質(zhì)中，因此，釋出速率難以控制，抗菌活性隨時間而降低。同時，抗菌成分的釋出將影響載體材料的機械性能，且對周圍組織產(chǎn)生一系列副作用。季銨鹽單體可與樹脂基質(zhì)成分發(fā)生聚合反應(yīng)，形成化學(xué)結(jié)合，其具有不易釋出及化學(xué)性能穩(wěn)定的特點，適量添加至樹脂中不影響載體材料的機械性能，但有限的添加量限制了其抗菌活性，而添加量過大會導(dǎo)致化學(xué)結(jié)合不穩(wěn)定、影響載體材料整體性能及穩(wěn)定性等一系列問題的產(chǎn)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物在改性牙科樹脂材料中的應(yīng)用。所述季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物兼具接觸抗菌和銀離子緩釋性能，通過將其添加至牙科樹脂材料中用于提升抗菌性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物在改性牙科樹脂材料中的應(yīng)用，將牙科樹脂材料與季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物混合進行改性反應(yīng)；

所述季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物通過季銨化反應(yīng)將溴己烷和2-溴乙基丙烯酸甲酯接枝到聚-4-乙烯吡啶[poly(4-vinylpyridine)，PVP]側(cè)鏈上，合成季銨甲基丙烯酸酯(quaternary ammonium methacrylates，BHPVP)，隨后向聚合物中緩慢添加對甲苯磺酸銀(silver paratoluenesulfonate solution，AgPTS)，經(jīng)此原位沉淀方法制得。

所述牙科樹脂材料主要為丙烯酸酯類，為常規(guī)的復(fù)合樹脂，其他材料也可以。

所述季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物的添加量為0.3～1.5wt％。

所述改性反應(yīng)還需加入引發(fā)劑和助引發(fā)劑，所述引發(fā)劑為樟腦醌，所述助引發(fā)劑為DMAEMA。

所述引發(fā)劑的添加量為0.3～1.0wt％，所述助引發(fā)劑的添加量為0.3～1.0wt％。

所述溴己烷、2-溴乙基丙烯酸甲酯、對甲苯磺酸銀與聚-4-乙烯基吡啶的摩爾比為0.25～0.35：0.25～0.35：0.8～1.0：1。

所述季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物的制備方法如下：通過季銨化反應(yīng)將溴己烷和2-溴乙基丙烯酸甲酯接枝到聚-4乙烯吡啶[poly(4-vinylpyridine)，PVP]側(cè)鏈上，合成季銨甲基丙烯酸酯(quaternary ammonium methacrylates，BHPVP)，隨后向聚合物中緩慢添加對甲苯磺酸銀(silver paratoluenesulfonate solution，AgPTS)，經(jīng)此原位沉淀方法，AgBr以化學(xué)配位鍵方式結(jié)合于BHPVP側(cè)鏈上，被BHPVP聚合物包裹，通過空間位阻效應(yīng)穩(wěn)定于該聚合物中，最終，真空干燥24h后即得到季銨鹽聚合物包裹溴化銀納米復(fù)合物(AgBr/BHPVP)。

所述應(yīng)用方法具體操作如下：Bis-GMA與TEGDMA以質(zhì)量比1：1組成樹脂基質(zhì)，避光狀態(tài)下添加0.5～1.5wt％AgBr/BHPVP至樹脂基質(zhì)中進行改性，同時向反應(yīng)體系中加入樟腦醌與DMAEMA各0.5wt％，室溫下攪拌均勻，抽真空排氣泡，制得改性后的牙科樹脂材料。

本發(fā)明還提供一種季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物改性的牙科樹脂材料。

本發(fā)明的機理如下：季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物以“接觸抗菌”發(fā)揮抗菌作用，帶正電荷的N⁺吸引帶負電荷的細菌細胞膜，通過表面離子與疏水作用與細胞膜表面相互作用，擾亂細胞膜表面電荷分布，導(dǎo)致胞膜穿孔，細胞內(nèi)容物泄露。銀離子主要通過配合供電子基團協(xié)同破壞細菌關(guān)鍵細胞酶及DNA的活性，使其變性，并可與細菌細胞壁肽聚糖相互作用，導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)改變，細胞壁內(nèi)陷，滲透壓增高，最終細胞死亡?？谇粌?nèi)定植的菌種眾多，其中變形鏈球菌是導(dǎo)致齲病發(fā)生的主要病原菌，因此，本發(fā)明中選取該菌用以測試改性樹脂基質(zhì)的抗菌活性。從樹脂對變形鏈球菌UA 159的抗菌活性試驗及活/死菌染色結(jié)果可以看出，老化處理前后改性組試件表面CFU均顯著低于空白對照組(P＜0.05)，且1.0％改性組老化3月后試件表面CFU較老化處理前未見增多(P＞0.05)。故AgBr/BHPVP改性樹脂基質(zhì)表現(xiàn)出良好的抗菌持久性。前期實驗研究已證實AgBr/BHPVP可緩慢釋放銀離子，單體具備抗菌長效性，結(jié)合此實驗結(jié)果，可進一步說明AgBr/BHPVP添加至牙科樹脂材料中固化后，可賦予載體材料持久、穩(wěn)定的抗菌性能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點與優(yōu)越性：季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物(AgBr/BHPVP)屬于兼具有機無機抗菌材料兩者優(yōu)勢的復(fù)合抗菌材料，將其添加至牙科樹脂材料中固化后，可賦予牙科樹脂材料更加持久、穩(wěn)定的抗菌性能。

附圖說明

圖1為季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物(AgBr/BHPVP)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物的合成路線圖；

圖3為激光共聚焦顯微鏡觀察各組樹脂試件表面黏附的變形鏈球菌(×40)圖；

圖4為各組樹脂試件撓曲強度及維氏顯微硬度的比較圖(MPa,χ±s，n＝9)：^*與同項測試其它組相比P＜0.05。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步詳細說明。

實施例1

1材料和方法

1.1主要材料、試劑和儀器：季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物，變形鏈球菌UA 159，腦心浸出液肉湯，人工唾液，活/死菌染色試劑盒，Bis-GMA，TEGDMA，樟腦醌，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)，超凈工作臺，厭氧培養(yǎng)罐，Vitek細菌比濁儀，旋渦混合器，微量加樣器，24孔細胞培養(yǎng)板，激光共聚焦顯微鏡，萬能試驗機，維氏硬度計。

1.2實驗方法

1.2.1季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物的合成首先，通過季銨化反應(yīng)將溴己烷和2-溴乙基甲基丙烯酸酯接枝到聚-4-乙烯吡啶[poly(4-vinylpyridine)，PVP]側(cè)鏈上，硝基甲烷作為溶劑，于60℃水浴中攪拌24h，合成季銨甲基丙烯酸酯(quaternary ammonium methacrylates，BHPVP)。隨后，向聚合物中緩慢添加對甲苯磺酸銀(silver paratoluenesulfonate solution，AgPTS)，經(jīng)此原位沉淀方法，AgBr以化學(xué)配位鍵方式結(jié)合于BHPVP側(cè)鏈上，被BHPVP聚合物包裹，通過空間位阻效應(yīng)穩(wěn)定于該聚合物中。最終，真空干燥24h后即得到季銨鹽聚合物包裹溴化銀納米復(fù)合物(AgBr/BHPVP)，溴己烷、2-溴乙基甲基丙烯酸酯、對甲苯磺酸銀和聚-4乙烯吡啶的摩爾比為0.3：0.3：1：1，見圖1和圖2，圖1和圖2中x、y、z對本發(fā)明結(jié)果沒有影響，三個化合物如何接，對于材料的抗菌性影響不大。x為溴己烷的接枝量，z表示2-溴乙基甲基丙烯酸酯的接枝量，y＝n-x-z；n為聚-4-乙烯吡啶的聚合度。

1.2.2實驗菌株培養(yǎng)蘇變形鏈球菌UA 159，于37℃厭氧培養(yǎng)罐(85％N₂+5％C0₂+10％H₂)中培養(yǎng)24h。挑取單菌落接種于無菌BHI瓊脂平板上，培養(yǎng)24h后，將菌懸液比濁至0.5MAC，以BHI(含0.2％蔗糖)將菌懸液稀釋100倍備用。

1.2.3抗菌樹脂樣本制備雙酚A-雙醚(Bis-GMA)與三乙烯乙二醇二丙烯酸酯(TEGDMA)以質(zhì)量比1：1組成樹脂基質(zhì)，避光狀態(tài)下將AgBr/BHPVP按0.5％、1.0％、1.5％質(zhì)量分數(shù)(wt.％)添加至樹脂基質(zhì)中作為改性組，未添加AgBr/BHPVP的樹脂基質(zhì)作為空白對照組，同時向樹脂體系中加入樟腦醌(引發(fā)劑)與DMAEMA(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，助引發(fā)劑)各0.5wt.％，磁力攪拌均勻，抽真空排氣泡。將樹脂基質(zhì)充填于內(nèi)徑10mm、厚1.5mm的聚四氟乙烯模具中，覆蓋聚乙烯薄膜，光固化。經(jīng)水砂紙逐級打磨拋光后置37℃去離子水中浸泡24h。老化3月樣本浸泡于人工唾液中老化處理3月，37℃水浴，每2天更換一次人工唾液。每組每個時間點樣本5個，實驗前以70％乙醇擦拭試件表面，無菌水沖洗，環(huán)氧乙烷消毒備用。

1.2.4菌落形成單位(colony-forming units，CFU)計數(shù)將老化處理前后樣本置無菌24孔細胞培養(yǎng)板中，加入濃度約1×10⁶CFU/ml的變形鏈球菌UA 159菌懸液1ml，置37℃厭氧培養(yǎng)罐中。24h后終止培養(yǎng)，試件經(jīng)PBS緩沖液輕柔漂洗3次，以BHI液洗脫附于樣本表面細菌生物膜，置漩渦混合器充分混勻洗脫液，梯度稀釋后接種至無菌BHI瓊脂平板表面，37℃厭氧孵育48h后拍照行平板菌落計數(shù)，根據(jù)稀釋倍數(shù)得出各樣本表面CFU，計算均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

1.2.5激光共聚焦顯微鏡觀察細菌活性老化處理前后樣本與菌懸液共培養(yǎng)24h后終止培養(yǎng)，PBS緩沖液輕柔漂洗3次，活/死菌試劑避光染色15min，PBS再次漂洗?；罹旧螽a(chǎn)生綠色熒光，細胞膜受損的細菌染色后產(chǎn)生紅色熒光，接近或重疊的活/死菌顯示為橙黃色。樣本置LSCM下觀察細菌活性。

1.2.6機械性能檢測

1.2.6.1撓曲強度檢測根據(jù)ISO 4049標(biāo)準(zhǔn)，制作規(guī)格為25mm×2mm×2mm的樹脂試件，每組9個，光固化后，經(jīng)600目水砂紙打磨拋光，置37℃恒溫水浴24h。精確測量各試件的寬(w)和高(h)后，于萬能試驗機進行撓曲強度測試，測試速度1mm/min，記錄破壞載荷(F)，按照以下公式計算撓曲強度(flexural strength,FS)：FS＝3FL÷(2wh²)，其中L＝20mm,為下加荷臺支點間距離。

1.2.6.2維氏顯微硬度檢測制備直徑6mm、厚3mm的圓柱形樹脂試件，每組9個，光固化后，分別以600、1000、1500、2000目水砂紙逐級打磨，表面拋光呈鏡面，于維氏硬度計上以25g載荷對樣本表面加載15s，測試維氏顯微硬度值。每試件隨機測試3個點，計算均值。

2結(jié)果

2.1樹脂試件CFU計數(shù)

各組樹脂試件表面CFU計數(shù)見表1。老化處理前后，樹脂試件表面CFU均較空白對照組顯著降低(p＜0.05)；老化3月1.0％、1.5％組兩組之間CFU數(shù)量無顯著性差異(p＞0.05)，除此之外，老化處理前或處理后試件表面CFU數(shù)量均隨AgBr/BHPVP添加量增加而減少(p＜0.05)；老化處理3月后，0.5％、1.5％改性組CFU數(shù)量較同組別老化處理前有所增加(p＜0.05)，空白對照組、1.0％改性組同組別老化處理前后CFU數(shù)量間無統(tǒng)計學(xué)差異(p＞0.05)。

表1 各組樹脂試件菌落形成單位的比較(×10⁷CFU，n＝5)

注：^a：與空白對照組相比P＜0.05；^b：與0.5％組相比P＜0.05；^c：與1.0％組相比P＜0.05；^*：與同組別老化處理前相比P＜0.05

2.2 LSCM觀察

空白對照組樹脂試件表面覆蓋大量活細菌，呈大片綠色熒光；改性組樹脂試件表面綠色熒光減少，紅色熒光增多，即改性組樹脂試件表面黏附的活菌量明顯少于空白對照組，見圖3。

2.3機械性能的比較

各組樹脂試件撓曲強度及維氏顯微硬度的比較見圖4，0.5％、1.0％改性組樹脂試件撓曲強度值與空白對照組比較無顯著差異(p＞0.05)，當(dāng)AgBr/BHPVP添加至1.5％時，撓曲強度值較空白對照組顯著降低(p＜0.05)?？瞻讓φ战M與改性組樹脂試件維氏顯微硬度值均無顯著性差異(p＞0.05)。

新合成的有機無機復(fù)合抗菌材料-季銨鹽包裹溴化銀納米復(fù)合物(AgBr/BHPVP)引入了甲基丙烯酸酯功能基團，在賦予其季銨鹽接觸抗菌及緩釋銀離子雙重抗菌性能的同時，將其添加至樹脂體系中能與樹脂基質(zhì)進行化學(xué)結(jié)合，同時，納米尺寸特性使其在樹脂體系中充分分散，發(fā)揮穩(wěn)定抗菌作用，在適量添加情況下不影響載體材料的機械性能。

樹脂修復(fù)材料在口內(nèi)行使功能時遇到的兩大挑戰(zhàn)分別是繼發(fā)齲和修復(fù)體折裂。因此，除具備抗菌活性以外，材料自身剛度需達到一定程度才能保障其在口腔中良好地行使功能。撓曲強度測試相比抗壓強度測試，前者對材料亞結(jié)構(gòu)的輕微變化敏感性更高，故本實驗選用撓曲強度作為評價改性后樹脂基質(zhì)機械性能的指標(biāo)之一。該實驗中，當(dāng)樹脂基質(zhì)中AgBr/BHPVP添加量為0.5％、1.0％時，撓曲強度與空白對照組間無顯著性差異(p＞0.05)，且其撓曲強度值均位于80MPa以上，符合ISO 4049標(biāo)準(zhǔn)對牙科聚合材料撓曲強度值的要求。但當(dāng)添加量達1.5％時，撓曲強度下降，與空白對照組相比具統(tǒng)計學(xué)差異(p＜0.05)。其原因可能在于樹脂體系中過量AgBr/BHPVP中的甲基丙烯酸酯雙鍵與樹脂基質(zhì)間無法形成化學(xué)結(jié)合，從而形成不良接觸界面，孔隙增加，受力時易導(dǎo)致應(yīng)力集中，材料整體強度降低。維氏顯微硬度是衡量材料軟硬程度的指標(biāo)，常被用以表征材料的耐磨損性能。臨床上常用的Bis-GMA和TEGDMA樹脂基質(zhì)體系其維氏顯微硬度值介于100～200MPa之間。本實施例中實驗結(jié)果顯示，利用AgBr/BHPVP對樹脂基質(zhì)進行改性，各組維氏顯微硬度值均高于100MPa，與空白對照組接近，其差異無統(tǒng)計學(xué)意義(p＞0.05)。

綜上所述，適量AgBr/BHPVP改性樹脂基質(zhì)在體外對口腔病原菌變形鏈球菌具有持久、穩(wěn)定的抗菌活性，當(dāng)添加量為1.0％時，老化處理前后均表現(xiàn)出良好的抗菌活性，且對材料的撓曲強度及維氏顯微硬度均未產(chǎn)生不利影響，在口腔修復(fù)材料領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。