本發(fā)明涉及一種Janus納米顆粒及其制備方法，屬于牙科修復(fù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

自1991年法國de Gennes在諾貝爾頒獎(jiǎng)演講中，首次用Janus一詞表述同一顆粒兩面具有不同的化學(xué)組成性質(zhì)，并預(yù)測(cè)Janus顆粒類似雙親性分子可在液/液界面自組裝。de Gennes充滿啟發(fā)性的演說引發(fā)了Janus顆粒的研究熱潮。表面同時(shí)具有雙重性質(zhì)(親水/疏水)的Janus微米或納米顆粒賦予微米或納米顆粒兩種不同甚至相反(極性/非極性，正電荷/負(fù)電荷等)的性質(zhì)。目前，Janus材料種類日益豐富，其特殊性質(zhì)和誘人應(yīng)用前景不斷展現(xiàn)。表面具有不同化學(xué)分區(qū)的Janus材料因其特殊的結(jié)構(gòu)和性能已成為材料科學(xué)研究熱點(diǎn)。這類具有雙親特征的Janus材料是解決界面問題的理想材料。Janus納米材料由于其具有大的比表面積，并且可將親水成分和疏水成分在其表面實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定分區(qū)，能夠有效提高修復(fù)填充材料與牙體組織間界面穩(wěn)定性，提高粘接強(qiáng)度。

目前，隨著Janus顆粒制備方法的日益豐富，Janus顆粒的應(yīng)用研究也越來越受到關(guān)注，成為近來改性領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是，因?yàn)榧{米顆粒容易聚集，且在油水界面由于其小尺寸導(dǎo)致難以穩(wěn)定不轉(zhuǎn)動(dòng)，納米尺度Janus材料的難以實(shí)現(xiàn)合成。

進(jìn)一步，利用其基于兩親性的界面增容作用，將Janus納米顆粒作為界面粘接劑應(yīng)用于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的牙科修復(fù)填充材料。目前，口腔頜面部粘接修復(fù)體系中親水組分和疏水組分混溶后體系的穩(wěn)定性是研究難點(diǎn)。目前常用的穩(wěn)定劑是HEMA，這種分子既包含親水基團(tuán)又包含疏水基團(tuán)，疏水基團(tuán)含有的碳碳雙鍵可以與粘接劑中的疏水單體結(jié)合，但是它存在細(xì)胞毒性和易溶解的問題，大大影響了粘接系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Janus納米顆粒具有極強(qiáng)的界面增容能力，能夠解決親水組分和疏水組分混合后體系不穩(wěn)定的問題，而且通過使用生物惰性顆粒作為Janus主體材料，能夠解決HEMA的細(xì)胞毒性問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有納米尺度Janus材料難以合成的問題，提供一種Janus納米顆粒及其制備方法。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

Janus納米顆粒，主體是二氧化硅納米顆粒，一側(cè)半球帶有氨基基團(tuán)，一側(cè)半球帶有碳碳雙鍵基團(tuán)；白色粉末狀；無毒；呈尺寸均一球狀，大小5-200nm左右；

Janus納米顆粒的制備方法，具體步驟如下：

1)制備生物惰性的二氧化硅納米顆粒；

2)制備表面氨基改性的二氧化硅納米顆粒；

3)使用Pickering乳液法，對(duì)其表面進(jìn)行選區(qū)改性和選擇性化學(xué)修飾，制備Janus納米顆粒；將步驟二得到的氨基改性的二氧化硅納米顆粒分散在水和石蠟的混合體系中；攪拌使得納米生物顆粒在石蠟/水界面單層分布；冷卻得到納米顆粒/石蠟復(fù)合球；對(duì)納米顆粒/石蠟復(fù)合球的裸露表面進(jìn)行刻蝕露出新鮮表面，再用含雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑改性；然后洗滌除去石蠟，即得到Janus納米顆粒；

步驟3)所述的攪拌時(shí)間為10-60分鐘；

步驟3)所述的洗滌除去石蠟時(shí)所用溶劑包括四氫呋喃、正己烷、二氯甲烷和乙醇；優(yōu)選乙醇；洗滌除去石蠟時(shí)需攪拌，攪拌時(shí)間為1-24小時(shí)；

所述含雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑包括A-171(乙烯基三甲氧基硅烷)，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷MTPMS，A-151(乙烯基三乙氧基硅烷)，KH-560(3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷)。

應(yīng)用：用Janus納米顆粒替代粘接劑中HEMA或加入至無HEMA粘接劑中，能夠穩(wěn)定粘接劑并提高粘接耐久性；

有益效果

1、本發(fā)明在乳液界面利用動(dòng)態(tài)鍵賦予納米顆粒臨時(shí)性的Janus兩親特性，幫助其以單層形式排布于乳液界面，獲得穩(wěn)定的Pickering乳液。分區(qū)保護(hù)之后可進(jìn)一步分區(qū)修飾，制備得到Janus納米顆粒。該納米顆粒在界面的吸附能較高，不容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)，能夠在乳液界面單層分布。

2、本發(fā)明通過在納米顆粒表面引入分別與油、水兩相相容性好的基團(tuán)，在油水界面形成“動(dòng)態(tài)”Janus結(jié)構(gòu)，得到單層排列的納米顆粒。進(jìn)一步通過選區(qū)域化學(xué)反應(yīng)改性，得到“穩(wěn)定”結(jié)構(gòu)的Janus納米顆粒。通過精確調(diào)控Janus納米復(fù)合材料不同化學(xué)組成分區(qū)的分區(qū)面積、化學(xué)組成、顆粒粒徑分布、雙鍵基團(tuán)數(shù)目等重要影響因素，制備疏水側(cè)具有可聚合不飽和雙鍵的納米尺度Janus材料。以合成的Janus納米顆粒替代HEMA(目前廣泛使用的穩(wěn)定粘接劑中親水成分和疏水成分的材料)，應(yīng)用于填充樹脂與牙體界面粘接，解決目前HEMA的問題(親水性過強(qiáng)，粘接界面易水解破壞，細(xì)胞毒性明顯)，構(gòu)筑長(zhǎng)效穩(wěn)定的粘接層，提高粘接材料耐久性。

3、本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單易行，適合大規(guī)模制備生產(chǎn)，制備工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)粘接劑的制備，優(yōu)化粘接劑性能。

4、本發(fā)明制備方法制備的Janus納米球外觀形態(tài)完整均勻，呈典型球形，具有典型的核殼結(jié)構(gòu)，粒徑可控，為5-200nm左右，尺寸可控。

5.將本發(fā)明制備的Janus納米顆粒加入至無HEMA粘接劑中后能顯著提高粘接性能(P<0.05)，差異顯著。將本發(fā)明制備的Janus納米顆粒作為主要成分配制Janus粘接劑同含HEMA的粘接劑相比，能顯著提高粘接強(qiáng)度，差異顯著(P<0.05)。

附圖說明

圖1為Janus納米顆粒金吸附后TEM圖；

圖2為Janus納米顆粒和HEMA作用于3T3細(xì)胞后細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)圖，同HEMA相比，Janus納米顆粒明顯降低HEMA的細(xì)胞毒性；

圖3為Janus納米顆粒穩(wěn)定粘接劑中親水組分和疏水組分效果圖；左圖為使用Janus納米顆粒后形成穩(wěn)定的體系，右圖不含Janus納米顆粒；

圖4為粘接測(cè)試實(shí)驗(yàn)流程示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

Janus納米顆粒，主體是二氧化硅，一側(cè)半球帶有氨基基團(tuán)，一側(cè)半球帶有碳碳雙鍵；尺寸大小約為100nm左右，呈均一球狀，如圖1所示；白的粉末狀；無毒性，如圖2所示；能夠穩(wěn)定粘接劑中水/油兩相，不出現(xiàn)相分離，如圖3所示。

Janus納米顆粒制備，具體步驟如下：

1)制備生物惰性的直徑為100nm左右的二氧化硅納米顆粒；

2)制備表面氨基改性的二氧化硅納米顆粒，使用APTMS改性，改性溫度76℃；

3)使用Pickering乳液法，對(duì)其表面進(jìn)行選區(qū)改性和選擇性化學(xué)修飾，制備Janus納米顆粒；

將步驟二得到的表面氨基改性的二氧化硅納米顆粒分散在水和石蠟的混合體系中；氨基改性的二氧化硅納米顆粒、水、石蠟質(zhì)量比為為1:100:20；攪拌15分鐘使得納米顆粒在石蠟/水界面單層分布，反應(yīng)溫度70℃；隨后室溫冷卻得到納米顆粒/石蠟復(fù)合球；采用氟化胺對(duì)納米顆粒/石蠟復(fù)合球的裸露表面進(jìn)行刻蝕露出新鮮表面，再用3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷改性；然后正己烷洗滌除去石蠟，即得到Janus納米顆粒；

應(yīng)用：用Janus納米顆粒替代HEMA中加入至粘接劑中，能夠明顯提高粘接劑粘接強(qiáng)度，如表1所示。

表1加入實(shí)施例1Janus納米顆粒后G-bond粘接劑粘接強(qiáng)度

具體粘接強(qiáng)度測(cè)試方法如圖4所示：將Janus納米顆粒加入至粘接劑中，振蕩混勻，取外科門診新近拔除的人下頜第三磨牙，牙冠完整無齲壞。表面清潔后常溫下儲(chǔ)存于1％氯胺T溶液中，3個(gè)月內(nèi)使用。用金剛砂車針在水冷卻下垂直于牙齒長(zhǎng)軸去除牙冠周圍及咬合面釉質(zhì)，暴露淺層牙本質(zhì)，體視顯微鏡下檢查確認(rèn)釉質(zhì)已去凈。用220目砂紙濕打磨形成牙本質(zhì)平面，超聲清洗1分鐘，然后用600目砂紙濕性打磨牙本質(zhì)表面1分鐘形成玷污層。涂布粘接劑，光固化，粘接劑固化后設(shè)計(jì)進(jìn)行微拉伸粘接強(qiáng)度測(cè)試者使用Clearfil AP-X樹脂形成4mm高樹脂冠，儲(chǔ)存于37℃的蒸餾水中，恒溫水浴24小時(shí)后用自凝樹脂包埋牙齒，垂直于粘接界面切割成截面約1.0mm×1.0mm的條狀試樣。用千分尺測(cè)量每個(gè)條狀試樣截面的長(zhǎng)度和寬度，計(jì)算粘接面積S(mm²)，然后將試樣兩端用氰基丙烯酸粘接劑(Bisco，USA)固定在微拉伸測(cè)試儀的試樣臺(tái)上，長(zhǎng)軸與試樣臺(tái)平行，使粘接面位于試樣臺(tái)正中且無氰基丙烯酸粘接劑污染。啟動(dòng)測(cè)試儀，速度(Crosshead speed)設(shè)為1mm/min，直到樣本斷裂，記錄斷裂時(shí)拉力峰值F(N)，計(jì)算微拉伸粘接強(qiáng)度μTBS(MPa)計(jì)算公式：MTBS＝F/S。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：使用SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，比較兩組間粘接強(qiáng)度差別。結(jié)果表明加入Janus納米顆粒能夠明顯提高牙本質(zhì)粘接強(qiáng)度(P<0.05)。

實(shí)施例2

Janus納米顆粒，主體是二氧化硅，一側(cè)半球帶有氨基基團(tuán)，一側(cè)半球帶有碳碳雙鍵；白的粉末狀；無毒；尺寸大小約為50nm左右，呈均一球狀；

Janus納米顆粒制備，具體步驟如下：

1)制備生物惰性的直徑為50nm左右的二氧化硅納米顆粒；

2)制備表面氨基改性的二氧化硅納米顆粒，使用APTMS改性，改性溫度76℃；

3)使用Pickering乳液法，對(duì)其表面進(jìn)行選區(qū)改性和選擇性化學(xué)修飾，制備Janus納米顆粒；將步驟二得到的氨基改性的二氧化硅納米顆粒分散在水和石蠟的混合體系中；氨基改性的二氧化硅納米顆粒、水、石蠟的質(zhì)量比為1:600:10，反應(yīng)溫度70℃；攪拌15分鐘使得納米生物顆粒在石蠟/水界面單層分布；冷卻至室溫得到納米生物顆粒/石蠟復(fù)合球；采用氟化胺對(duì)納米生物顆粒/石蠟復(fù)合球的裸露表面進(jìn)行刻蝕露出新鮮表面，再用3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷改性；然后正己烷洗滌除去石蠟，即得到Janus納米顆粒；

應(yīng)用：用Janus納米顆粒替代HEMA加入至粘接劑中，能夠明顯增強(qiáng)粘接劑粘接強(qiáng)度(P<0.05)，如表2所示。

表2加入實(shí)施例2Janus納米顆粒后G-bond粘接劑粘接強(qiáng)度

將Janus納米顆粒加入至粘接劑中，振蕩混勻，取外科門診新近拔除的人下頜第三磨牙，牙冠完整無齲壞。表面清潔后常溫下儲(chǔ)存于1％氯胺T溶液中，3個(gè)月內(nèi)使用。用金剛砂車針在水冷卻下垂直于牙齒長(zhǎng)軸去除牙冠周圍及咬合面釉質(zhì)，暴露淺層牙本質(zhì)，體視顯微鏡下檢查確認(rèn)釉質(zhì)已去凈。用220目砂紙濕打磨形成牙本質(zhì)平面，超聲清洗1分鐘，然后用600目砂紙濕性打磨牙本質(zhì)表面1分鐘形成玷污層。涂布粘接劑，光固化，粘接劑固化后設(shè)計(jì)進(jìn)行微拉伸粘接強(qiáng)度測(cè)試者使用Clearfil AP-X樹脂形成4mm高樹脂冠，儲(chǔ)存于37℃的蒸餾水中，恒溫水浴24小時(shí)后用自凝樹脂包埋牙齒，垂直于粘接界面切割成截面約1.0mm×1.0mm的條狀試樣。用千分尺測(cè)量每個(gè)條狀試樣截面的長(zhǎng)度和寬度，計(jì)算粘接面積S(mm²)，然后將試樣兩端用氰基丙烯酸粘接劑(Bisco，USA)固定在微拉伸測(cè)試儀的試樣臺(tái)上，長(zhǎng)軸與試樣臺(tái)平行，使粘接面位于試樣臺(tái)正中且無氰基丙烯酸粘接劑污染。啟動(dòng)測(cè)試儀，速度(Crosshead speed)設(shè)為1mm/min，直到樣本斷裂，記錄斷裂時(shí)拉力峰值F(N)，計(jì)算微拉伸粘接強(qiáng)度μTBS(MPa)計(jì)算公式：MTBS＝F/S。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：使用SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，比較兩組間粘接強(qiáng)度差別。結(jié)果表明加入Janus納米顆粒能夠明顯提高牙本質(zhì)粘接強(qiáng)度(P<0.05)。

實(shí)施例3

Janus納米顆粒，主體是二氧化硅，一側(cè)半球帶有氨基基團(tuán)，一側(cè)半球帶有碳碳雙鍵；白的粉末狀；無毒；尺寸大小約為10nm左右，呈均一球狀；

Janus納米顆粒制備，具體步驟如下：

1)制備生物惰性的直徑為10nm左右的二氧化硅納米顆粒；

2)制備表面氨基改性的二氧化硅納米顆粒，使用APTMS改性，改性溫度76℃；

3)使用Pickering乳液法，對(duì)其表面進(jìn)行選區(qū)改性和選擇性化學(xué)修飾，制備Janus納米顆粒；將步驟二得到的氨基改性的二氧化硅納米顆粒分散在水和石蠟的混合體系中；氨基改性的二氧化硅納米顆粒、水、石蠟的質(zhì)量比為1:300:20；攪拌15分鐘使得納米生物顆粒在石蠟/水界面單層分布，反應(yīng)溫度70℃；冷卻至室溫得到納米生物顆粒/石蠟復(fù)合球；采用氟化胺對(duì)納米生物顆粒/石蠟復(fù)合球的裸露表面進(jìn)行刻蝕露出新鮮表面，再用3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷改性；然后正己烷洗滌除去石蠟，即得到Janus納米顆粒；

應(yīng)用：用Janus納米顆粒替代HEMA加入至粘接劑中，能夠增強(qiáng)粘接劑粘接強(qiáng)度(P<0.05)，如表3所示。

表3加入實(shí)施例3Janus納米顆粒后G-bond粘接劑粘接強(qiáng)度

將Janus納米顆粒加入至粘接劑中，振蕩混勻，取外科門診新近拔除的人下頜第三磨牙，牙冠完整無齲壞。表面清潔后常溫下儲(chǔ)存于1％氯胺T溶液中，3個(gè)月內(nèi)使用。用金剛砂車針在水冷卻下垂直于牙齒長(zhǎng)軸去除牙冠周圍及咬合面釉質(zhì)，暴露淺層牙本質(zhì)，體視顯微鏡下檢查確認(rèn)釉質(zhì)已去凈。用220目砂紙濕打磨形成牙本質(zhì)平面，超聲清洗1分鐘，然后用600目砂紙濕性打磨牙本質(zhì)表面1分鐘形成玷污層。涂布粘接劑，光固化，粘接劑固化后設(shè)計(jì)進(jìn)行微拉伸粘接強(qiáng)度測(cè)試者使用Clearfil AP-X樹脂形成4mm高樹脂冠，儲(chǔ)存于37℃的蒸餾水中，恒溫水浴24小時(shí)后用自凝樹脂包埋牙齒，垂直于粘接界面切割成截面約1.0mm×1.0mm的條狀試樣。用千分尺測(cè)量每個(gè)條狀試樣截面的長(zhǎng)度和寬度，計(jì)算粘接面積S(mm²)，然后將試樣兩端用氰基丙烯酸粘接劑(Bisco，USA)固定在微拉伸測(cè)試儀的試樣臺(tái)上，長(zhǎng)軸與試樣臺(tái)平行，使粘接面位于試樣臺(tái)正中且無氰基丙烯酸粘接劑污染。啟動(dòng)測(cè)試儀，速度(Crosshead speed)設(shè)為1mm/min，直到樣本斷裂，記錄斷裂時(shí)拉力峰值F(N)，計(jì)算微拉伸粘接強(qiáng)度μTBS(MPa)計(jì)算公式：MTBS＝F/S。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：使用SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，比較兩組間粘接強(qiáng)度差別。結(jié)果表明加入Janus納米顆粒能夠明顯提高牙本質(zhì)粘接強(qiáng)度(P<0.05)。

實(shí)施例4

Janus納米顆粒，主體是二氧化硅，一側(cè)半球帶有氨基基團(tuán)，一側(cè)半球帶有碳碳雙鍵；白的粉末狀；無毒；尺寸大小約為5nm左右，呈均一球狀；

Janus納米顆粒制備，具體步驟如下：

1)制備生物惰性的直徑為5nm左右的二氧化硅納米顆粒；

2)制備表面氨基改性的二氧化硅納米顆粒，使用APTMS改性，改性溫度76℃；

3)使用Pickering乳液法，對(duì)其表面進(jìn)行選區(qū)改性和選擇性化學(xué)修飾，制備Janus納米顆粒；將步驟二得到的氨基改性的二氧化硅納米顆粒分散在水和石蠟的混合體系中；氨基改性的二氧化硅納米顆粒、水、石蠟的質(zhì)量比為1:300:20；攪拌15分鐘使得納米生物顆粒在石蠟/水界面單層分布，反應(yīng)溫度70℃；冷卻至室溫得到納米生物顆粒/石蠟復(fù)合球；采用氟化胺對(duì)納米生物顆粒/石蠟復(fù)合球的裸露表面進(jìn)行刻蝕露出新鮮表面，再用3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷改性；然后正己烷洗滌除去石蠟，即得到Janus納米顆粒；

應(yīng)用：用Janus納米顆粒替代HEMA制備實(shí)驗(yàn)用粘接劑，能夠增強(qiáng)粘接劑粘接強(qiáng)度(P<0.05)，如表4所示。

表4加入實(shí)施例4Janus粘接劑和HEMA粘接劑粘接強(qiáng)度

將Janus納米顆粒和HEMA分別和TEGDMA、CQ、無機(jī)填料、丙酮、水等按比例混合，分別制備兩種實(shí)驗(yàn)用粘接劑，振蕩混勻，取外科門診新近拔除的人下頜第三磨牙，牙冠完整無齲壞。表面清潔后常溫下儲(chǔ)存于1％氯胺T溶液中，3個(gè)月內(nèi)使用。用金剛砂車針在水冷卻下垂直于牙齒長(zhǎng)軸去除牙冠周圍及咬合面釉質(zhì)，暴露淺層牙本質(zhì)，體視顯微鏡下檢查確認(rèn)釉質(zhì)已去凈。用220目砂紙濕打磨形成牙本質(zhì)平面，超聲清洗1分鐘，然后用600目砂紙濕性打磨牙本質(zhì)表面1分鐘形成玷污層。分別涂布Janus粘接劑和HEMA粘接劑，光固化，粘接劑固化后設(shè)計(jì)進(jìn)行微拉伸粘接強(qiáng)度測(cè)試者使用Clearfil AP-X樹脂形成4mm高樹脂冠，儲(chǔ)存于37℃的蒸餾水中，恒溫水浴24小時(shí)后用自凝樹脂包埋牙齒，垂直于粘接界面切割成截面約1.0mm×1.0mm的條狀試樣。用千分尺測(cè)量每個(gè)條狀試樣截面的長(zhǎng)度和寬度，計(jì)算粘接面積S(mm²)，然后將試樣兩端用氰基丙烯酸粘接劑(Bisco，USA)固定在微拉伸測(cè)試儀的試樣臺(tái)上，長(zhǎng)軸與試樣臺(tái)平行，使粘接面位于試樣臺(tái)正中且無氰基丙烯酸粘接劑污染。啟動(dòng)測(cè)試儀，速度(Crosshead speed)設(shè)為1mm/min，直到樣本斷裂，記錄斷裂時(shí)拉力峰值F(N)，計(jì)算微拉伸粘接強(qiáng)度μTBS(MPa)計(jì)算公式：MTBS＝F/S。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：使用SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，比較兩組間粘接強(qiáng)度差異。結(jié)果表明和HEMA粘接劑相比，加入Janus粘接劑能夠明顯提高牙本質(zhì)粘接強(qiáng)度(P<0.05)。

本發(fā)明的原理為以納米生物顆粒作為主體，對(duì)顆粒雙側(cè)進(jìn)行分區(qū)改性，使其分別含親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，如圖1所示，從圖中可以看到，只有一側(cè)吸附了金顆粒，則納米球雙側(cè)具有不同的性能。便于其能夠穩(wěn)定粘接體系中親水組分和疏水組分。

通過調(diào)整原材料投料比，可以調(diào)整制備出納米生物顆粒的粒徑。

本發(fā)明原理是利用Janus納米粒子穩(wěn)定界面的作用，將其引入粘接劑中，形成穩(wěn)定的粘接劑體系并穩(wěn)定粘接界面。