專利名稱：牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層電化學(xué)制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2，Hydroxyapatite，HAP)，尤其是涉及一種利用電化學(xué)方法在牙釉質(zhì)表面制備具有一定形貌的羥基磷灰石修復(fù)涂層的方法。
背景技術(shù)：
羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2，Hydroxyapatite，HAP)晶體為六方晶系，屬于L6PC對稱型和P63/m空間群，晶胞參數(shù)a0＝0.943～0.938nm，c0＝0.668～0.686nm，z＝2，化學(xué)計(jì)量比[Ca]/[P]＝5∶3≈1.67。它在牙釉質(zhì)中含量高達(dá)97％，在口腔中多種因素的綜合影響下，易發(fā)生溶解，首先出現(xiàn)的是早期釉質(zhì)齲。早期釉質(zhì)齲一般表現(xiàn)為脫礦所致的白堊色斑塊，以后因著色而呈黃褐色，窩溝處則呈浸墨狀彌散，無明顯齲洞?；颊咴谠馐芡饨绲奈锢砘瘜W(xué)刺激(如冷熱酸甜刺激)也無明顯反應(yīng)，因而容易被忽視，最終導(dǎo)致深齲。
齲病的發(fā)病率高，分布廣，世界衛(wèi)生組織已將口腔疾病(主要指齲病和牙周病)與癌癥和心血管疾病并列為人類三大重點(diǎn)防治疾病。近年調(diào)查資料顯示，工業(yè)發(fā)達(dá)國家齲病率達(dá)70％～90％。隨著我國的飲食結(jié)構(gòu)和習(xí)慣發(fā)生的變化(精細(xì)食物和糖類食物增加)，齲齒發(fā)病率不斷上升，有的地方高達(dá)90％，甚至100％。最新口腔流行病調(diào)查報(bào)告顯示，在我國口腔疾病患病率高達(dá)97.6％，幾乎人人都有牙病。隨著社會的進(jìn)步，人們生活水平的提高，齲病的預(yù)防和早期治療越來越受到重視。
對于早期釉質(zhì)齲的治療通常是通過局部涂布特殊藥物(含有一定鈣磷比)等保守治療方法中止病變，使得脫礦的部位再礦化，形成磷灰石修復(fù)涂層。由于氟不僅可以誘導(dǎo)羥基磷灰石晶體生長，而且參與生成晶體排列更加整齊、穩(wěn)定性更強(qiáng)的氟化羥基磷灰石(HellwingE，Lussi A.What is the optimum fluoride concentration needed for the remineralizationprocess？.Caries Res，2001；35(supple 1)57-59.Kazuo Onumaa，Kazue Yamagishib，AyakoOyane.Nucleation and growth of hydroxyapatite nanocrystals for nondestructiverepair of early caries lesions.Journal of Crystal Growth，2005；282199-207)，含氟化物漱口水等溶液已經(jīng)被用于牙釉質(zhì)齲的修復(fù)中。研究顯示，用它修復(fù)釉質(zhì)早期脫礦的病損，有很好的再礦化效果，牙釉質(zhì)表層硬度明顯增高，然而氟的毒副作用也屢見報(bào)道(Lalumandier JA，Rozier RG.The prevalence and risk factors of fluorosis amongpatients in a pediatric dental practice.Pediatr Dent，1995；17(1)19-25.)。此外，磷酸多肽的引入也可促進(jìn)牙釉質(zhì)再礦化，起到修復(fù)和預(yù)防齲病的作用(Heane RP.Effect ofcasein phosphospeptide on absorbability of coingested calcium normal.J Bone Miner，1994；12(1)77-81.伍虹，鄭美華，葉劍濤，余艷崧，黃洪章.磷酸多肽對牙釉質(zhì)齲再礦化作用的研究.實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志，2003；19(12)1336-1337)。使用這些溶液對牙釉質(zhì)齲進(jìn)行修復(fù)需要很長的一段時(shí)間(一般每天需治療1小時(shí)，連續(xù)7天以上)，故很不適用于臨床治療。
相關(guān)研究顯示，盡管水熱法可以縮短制備涂層的時(shí)間(Haifeng Chen，Zhiyong Tang，JunLiu，Kai Sun，Sywe-Ren Chang，Mathilde C，Peters，John F.Mansfield，AgataCzajka-Jakubowska，and Brian H.Clarkson.Acellular Synthesis of a Human Enamel-likeMicrostructure.Adv.Mater.2006；181846-1851)，但是這類在100℃以上溫度條件下制備涂層的方法不適用于臨床治療。電場對于水溶液中磷酸鈣鹽晶體的形成及生長已有初步報(bào)道(Shirkhanzadeb M.Calcium phosphate coatings prepared by electrocrystallizationfrom aqueous electrolytes.J.Mater.Sci.Mater.Med.1995；690-95)；由于金屬基底上沉積羥基磷灰石具有良好生物相容性而有望作為人工骨植入材料(C.X.Wanga，M.Wanga，X.Zhoub.Nucleation and growth of apatite on chemically treated titanium alloyanelectrochemical impedance spectroscopy study.Biomaterials，2003；243069-3077)。另有研究發(fā)現(xiàn)，電場可使帶電離子定向運(yùn)動(dòng)，有助于離子在電極表面富集并快速形核長大，最終形成羥基磷灰石涂層(胡仁，時(shí)海燕，林理文，莊燕燕，林昌健.電化學(xué)沉積羥基磷灰石過程晶體生長行為.物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2005；21(2)197-201)。牙體硬組織屬于半導(dǎo)體，利用電化學(xué)方法能有效判定牙齒是否含有齲損(Huysmans MC，Longbottom C，Pitts NB，Los P，Bruce PG.Impedance spectroscopy of teeth with and without approximal carieslesions--an in vitro study.Journal of Dental Research，1996；75(11)1871-1878.Huysmans MC，Longbottom C.Christie AM，Bruce PG，Shellis RP.Temperature dependenceof the electrical resistance of sound and carious teeth.Journal of Dental Research，2000；79(7)1464-8.)。因此，利用電化學(xué)方法在牙釉質(zhì)表面形成羥基磷灰石修復(fù)涂層具有一定的可行性和優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種利用電化學(xué)方法在牙釉質(zhì)表面制備具有一定形貌的羥基磷灰石修復(fù)涂層的方法。
本發(fā)明所述的牙釉質(zhì)羥基磷灰石修復(fù)涂層電化學(xué)制備方法其步驟為
1)將牙樣品放入酸性預(yù)處理液進(jìn)行表面酸性預(yù)處理，酸性預(yù)處理液的pH值為2～5.5，溫度為20～55℃；2)經(jīng)酸性預(yù)處理后的牙樣品進(jìn)行電解，電解液的pH值為5～8，電場條件下的處理溫度為30～70℃，電流密度為0.1～4mA/cm2。
牙樣品進(jìn)行表面酸性預(yù)處理的pH值最好為3.5～4.5，溫度最好為30～40℃。電解液的pH值最好為5.5～6.5；電場條件下的處理溫度最好控制在34～40℃，電流密度最好控制在0.3～2mA/cm2。所述的電解采用兩電極體系。
所述的牙樣品可以是片狀牙釉質(zhì)樣品或者是完整的牙齒。酸性預(yù)處理液可以是乳酸溶液，預(yù)處理時(shí)間為5～48h，最好為8～20h，酸性預(yù)處理液也可是磷酸和雙氧水混和溶液，預(yù)處理時(shí)間為1～6min，最好為1～3min。電解液由含鈣的化學(xué)試劑和含磷的化學(xué)試劑組成，電解液中鈣磷摩爾比為5∶3，其中含鈣的化學(xué)試劑可以是硝酸鈣或氯化鈣，含磷的化學(xué)試劑可以是磷酸二氫氨或磷酸二氫鉀。電解的兩電極體系中的工作電極可以是片狀、網(wǎng)狀或其它形狀的金屬，輔助電極可以是鉑、金等惰性金屬。
本發(fā)明使用酸性溶液對牙釉質(zhì)表面進(jìn)行預(yù)處理，可以使局部微環(huán)境的pH值下降，部分釉柱的中心溶解，釉間質(zhì)也被破壞，晶體間的間隙增寬，這些間隙可能為脫礦過程中礦物質(zhì)丟失提供通道(即加大釉質(zhì)表面的通透性)，無機(jī)鈣、磷的移出導(dǎo)致羥基磷灰石晶體溶解破壞，形成人工牙釉質(zhì)齲。同時(shí)，牙釉質(zhì)表面由于羥基磷灰石晶體溶解的不均勻性使得粗糙度、表面能和表面極性均增加。
本發(fā)明在牙釉質(zhì)齲的修復(fù)中引入電場，可使帶電離子(Ca2+等)向牙釉質(zhì)近表面液層運(yùn)動(dòng)，牙釉質(zhì)近表面局部pH值增高，從而有助于羥基磷灰石晶體在經(jīng)預(yù)處理后具有一定晶向排列和極性的牙釉質(zhì)表面快速形核和長大，并形成具有一定的表面形貌。利用本發(fā)明能制備厚度約為2～20μm的涂層，涂層由擇優(yōu)取向生長的晶體組成，且與牙釉質(zhì)結(jié)合緊密，具有較高的硬度。
在一定的溶液環(huán)境下，于牙釉質(zhì)表面快速形成具有一定形貌、較高硬度，且能與牙釉質(zhì)結(jié)合緊密的羥基磷灰石涂層，從而對牙釉質(zhì)齲進(jìn)行修復(fù)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的電化學(xué)裝置示意圖。
圖2～7為本發(fā)明實(shí)施例不同牙釉質(zhì)修復(fù)涂層的掃描電鏡(SEM)圖片。其中圖2為牙釉質(zhì)修復(fù)涂層的斷面形貌(5000×)，說明涂層與牙釉質(zhì)結(jié)合較好；圖3為呈針狀的牙釉質(zhì)修復(fù)涂層的表面形貌(20000×)；圖4為呈薄片狀的牙釉質(zhì)修復(fù)涂層的表面形貌(20000×)；圖5為呈片狀的牙釉質(zhì)修復(fù)涂層的表面形貌(20000×)；圖6為呈柱狀的牙釉質(zhì)修復(fù)涂層的表面形貌(20000×)；圖7為呈球狀的牙釉質(zhì)修復(fù)涂層的表面形貌(20000×)。
圖8為電場處理前后牙釉質(zhì)樣品的XRD譜圖。在圖8中，(a)為電場處理前牙釉質(zhì)樣品的XRD譜圖，(b)為電場處理后牙釉質(zhì)樣品的XRD譜圖；■表示羥基磷灰石所屬的衍射峰，橫坐標(biāo)為2-Theta。
圖9為用乳酸溶液預(yù)處理不同時(shí)間后的牙釉質(zhì)樣品XRD譜圖，在圖9中，從上至下的預(yù)處理時(shí)間分別為0h，6h，12h，24h和48h；■表示羥基磷灰石所屬的衍射峰，橫坐標(biāo)為2-Theta。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1將磷酸與雙氧水混和，配制成pH值為2的酸性溶液。在20℃下，將整潔無損傷的牙釉質(zhì)樣品置于此酸性溶液中處理2分鐘后取出，用蒸餾水洗凈晾干備用。取硝酸鈣75.6毫克溶于蒸餾水中，配制成濃度為3.2×10-3mol/L的溶液，再取磷酸二氫氨22毫克溶于蒸餾水中，配制成濃度為1.916×10-3mol/L的溶液，按照鈣磷摩爾比1.67將含鈣和含磷的溶液混和并調(diào)節(jié)pH值為6作為電解液。將牙釉質(zhì)樣品置于電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置中，參見圖1，實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)有電解槽1、金屬工作電極2、輔助電極3和恒流源4，電解槽1中裝入電解液5，牙樣品6放置于金屬工作電極2上，涂層7覆蓋在牙樣品6上。在40℃并控制電流密度為0.3mA/cm2對樣品進(jìn)行電化學(xué)處理1h后，表面生成針狀的羥基磷灰石修復(fù)涂層(如圖3所示)，其與牙釉質(zhì)結(jié)合緊密，厚度為2～20μm(如圖2所示)，且具有較高硬度值，修復(fù)效果理想，其硬度值如表1所示。
表1預(yù)處理后電場處理前后牙釉質(zhì)樣品的VHN值

表1說明經(jīng)過酸性預(yù)處理后的牙釉質(zhì)樣品的維氏硬度值下降，當(dāng)用電化學(xué)方法對其表面修復(fù)，并形成具有針狀的修復(fù)涂層后，其維氏硬度再度升高到接近健康人牙釉質(zhì)的維氏硬度值。統(tǒng)計(jì)分析顯示電化學(xué)方法的處理對于不同樣品淺齲的修復(fù)和硬度的提高具有高度顯著作用(P＝0.002)。
圖8說明牙釉質(zhì)中主要成分為羥基磷灰石，電化學(xué)方法對牙釉質(zhì)齲修復(fù)后，涂層上的主要成分仍為羥基磷灰石，且含量比處理前大。
實(shí)施例2取配好的0.1M乳酸20ml，加入0.1M氫氧化鈉溶液若干毫升，獲得pH值為5.5的酸性溶液。如圖9所示，隨著乳酸溶液預(yù)處理時(shí)間的增加，牙釉質(zhì)表面的羥基磷灰石含量減少，齲壞的程度增加。在37℃下，將整潔無損傷的牙釉質(zhì)樣品置于此酸性溶液中進(jìn)行預(yù)處理20小時(shí)后取出，用蒸餾水洗凈晾干備用。取氯化鈣55.5毫克溶于蒸餾水中，配制成濃度為2.5×10-2mol/L的溶液，再取磷酸二氫鉀40.8毫克溶于蒸餾水中，配制成濃度為1.5×10-2mol/L的溶液，按照鈣磷摩爾比1.67將含鈣和含磷的溶液混和并調(diào)節(jié)pH值為5.5作為電解液。將牙釉質(zhì)樣品置于同實(shí)例1的裝置中，在70℃并控制電流密度為0.1mA/cm2對樣品進(jìn)行電化學(xué)處理1h后，表面生成薄片狀的羥基磷灰石修復(fù)涂層(如圖4所示)，其與牙釉質(zhì)結(jié)合緊密，厚度為2～20μm，且具有較高硬度值，修復(fù)效果理想。
實(shí)施例3取配好的0.1M乳酸20ml，加入0.1M氫氧化鈉溶液若干毫升，獲得pH值為4.5的酸性溶液。在55℃下，將整潔無損傷的完整牙齒置于此酸性溶液中進(jìn)行預(yù)處理5小時(shí)后取出，用蒸餾水洗凈晾干備用。取氯化鈣55.5毫克溶于蒸餾水中，配制成濃度為2.5×10-2mol/L的溶液，再取磷酸二氫鉀40.8毫克溶于蒸餾水中，配制成濃度為1.5×10-2mol/L的溶液，按照鈣磷摩爾比1.67將含鈣和含磷的溶液混和并調(diào)節(jié)pH值為8作為電解液。將牙齒置于同實(shí)例1的裝置中，需要制備涂層的一面對著輔助電極，在30℃并控制電流密度為4mA/cm2對樣品進(jìn)行電化學(xué)處理1h后，表面生成片狀的羥基磷灰石修復(fù)涂層(如圖5所示)，其與牙釉質(zhì)結(jié)合緊密，厚度為2～20μm，且具有較高硬度值，修復(fù)效果理想，具有相當(dāng)高的臨床意義。
實(shí)施例4取配好的0.1M乳酸20ml，加入0.1M氫氧化鈉溶液若干毫升，獲得pH值為5的酸性溶液。在30℃下，將整潔無損傷的牙釉質(zhì)樣品置于此酸性溶液中進(jìn)行預(yù)處理48小時(shí)后取出，用蒸餾水洗凈晾干備用。取硝酸鈣75.6毫克溶于蒸餾水中，配制成濃度為3.2×10-3mol/L的溶液，再取磷酸二氫氨22毫克溶于蒸餾水中，配制成濃度為1.916×10-3mol/L的溶液，按照鈣磷摩爾比1.67將含鈣和含磷的溶液混和并調(diào)節(jié)pH值為5作為電解液。將牙釉質(zhì)樣品置于同實(shí)例1的裝置中，在50℃并控制電流密度為3mA/cm2對樣品進(jìn)行電化學(xué)處理1h后，表面生成柱狀的羥基磷灰石修復(fù)涂層(如圖6所示)，其與牙釉質(zhì)結(jié)合緊密，厚度為2～20μm，且具有較高硬度值，修復(fù)效果理想。
實(shí)施例5取配好的0.1M乳酸20ml，加入0.1M氫氧化鈉溶液若干毫升，獲得pH值為3.5的酸性溶液。在40℃下，將整潔無損傷的牙釉質(zhì)樣品置于此酸性溶液中進(jìn)行預(yù)處理8小時(shí)后取出，用蒸餾水洗凈晾干備用。取氯化鈣55.5毫克溶于蒸餾水中，配制成濃度為2.5×10-2mol/L的溶液，再取磷酸二氫鉀40.8毫克溶于蒸餾水中，配制成濃度為1.5×10-2mol/L的溶液，按照鈣磷摩爾比1.67將含鈣和含磷的溶液混和并調(diào)節(jié)pH值為6.5，同時(shí)加入若干的濃度為1×10-2mol/L氟化鈉作為電解液。將牙釉質(zhì)樣品置于同實(shí)例1的裝置中，在38℃并控制電流密度為2mA/cm2對樣品進(jìn)行電化學(xué)處理1h后，表面生成球狀的羥基磷灰石修復(fù)涂層(如圖7所示)，其與牙釉質(zhì)結(jié)合緊密，厚度為2～20μm，且具有較高硬度值，修復(fù)效果理想。
權(quán)利要求
1.牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層制備方法，其特征在于其步驟為1)將牙樣品放入酸性預(yù)處理液進(jìn)行表面酸性預(yù)處理，酸性預(yù)處理液的pH值為2～5.5，溫度為20℃～55℃；2)經(jīng)酸性預(yù)處理后的牙樣品進(jìn)行電解，電解液的pH值為4～8，電場條件下的處理溫度為30～70℃，電流密度為0.1～4mA/cm2。
2.如權(quán)利要求1所述的牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層制備方法，其特征在于牙樣品進(jìn)行表面酸性預(yù)處理的pH值為3.5～4.5。
3，如權(quán)利要求1或2所述的牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層制備方法，其特征在于牙樣品進(jìn)行表面酸性預(yù)處理的溫度為30～40℃。
4.如權(quán)利要求1所述的牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層制備方法，其特征在于所述的電解液的pH值為5.5～6.5。
5.如權(quán)利要求1所述的牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層制備方法，其特征在于所述的電場條件下的處理溫度為34～40℃。
6.如權(quán)利要求1所述的牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層制備方法，其特征在于所述的電場條件下電流密度為0.3～2mA/cm2。
7.如權(quán)利要求1所述的牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層制備方法，其特征在于所述的酸性預(yù)處理液為乳酸溶液或磷酸和雙氧水混和溶液。
8.如權(quán)利要求1所述的牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層制備方法，其特征在于所述的電解液由含鈣的化學(xué)試劑和含磷的化學(xué)試劑組成，電解液中鈣磷摩爾比為5∶3。
9.如權(quán)利要求8所述的牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層制備方法，其特征在于所述的含鈣的化學(xué)試劑為硝酸鈣或氯化鈣，含磷的化學(xué)試劑為磷酸二氫氨或磷酸二氫鉀。
10.如權(quán)利要求1所述的牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層制備方法，其特征在于所述的電解采用兩電極體系。
全文摘要
牙釉質(zhì)表面羥基磷灰石修復(fù)涂層電化學(xué)制備方法，涉及一種羥基磷灰石，尤其是涉及一種利用電化學(xué)方法在牙釉質(zhì)表面制備具有一定形貌的羥基磷灰石修復(fù)涂層的方法。提供一種利用電化學(xué)方法在牙釉質(zhì)表面制備具有一定形貌的羥基磷灰石修復(fù)涂層的方法。其步驟為將牙樣品放入酸性預(yù)處理液進(jìn)行表面酸性預(yù)處理，酸性預(yù)處理液的pH值為2～5.5，溫度為20～55℃；經(jīng)酸性預(yù)處理后的牙樣品進(jìn)行電解，電解液的pH值為5～8，電場條件下的處理溫度為30～70℃，電流密度為0.1～4mA/cm
文檔編號C25B1/00GK1965781SQ20061013525
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者馮祖德, 廖穎敏 申請人:廈門大學(xué)