片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的制备方法

1.本发明涉及牙科修复材料技术领域，更具体的是涉及基于片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的制备技术领域。


背景技术：

2.口腔是人体内微生物最多的微环境之一，口腔内的微生物与龋病和牙周病的发生发展密切相关。变异链球菌(s.mutans)是病的主要致病菌，能在牙菌斑生物膜中定植。当口腔菌群失衡时，s.mutans等产酸菌增多会使酸积累并导致牙齿脱矿，从而导致龋齿形成。龋齿，俗称蛀牙，是一种由口腔内细菌和微生物分解食物残渣，从而产生酸性物质腐蚀健康牙齿所引发的慢性疾病，实质是生物膜介导和糖共同驱动的过程。龋齿的形成过程主要包括无机质的脱矿和有机质的分解，病理上表现为肉眼可见牙齿色泽的逐渐变化到牙齿硬组织的进行性病损。
3.申请号cn201910044740.8公开了一种高强牙科复合树脂及其制备方法，原料包括无机填料、有机单体和光引发剂，所述无机填料为球形介孔填料和球形填料组成的共填料。制备方法包括：将球形介孔填料、有机单体和光引发剂进行预混后，放入三辊研磨机中进一步混合，再加入球形填料，经真空负压处理，得到未固化的复合树脂膏；最后经过可见光固化，得到牙科复合树脂。该发明的牙科复合树脂制备方法简便、力学性能优异，具有良好的应用前景。
4.上述专利存在的缺陷是牙科复合树脂不具备抑菌效果，会发生继发性龋齿的问题，为了有效的防治口腔内细菌感染性疾病，研究者们提出了应用抗菌生物肽和氟化物等防龋疗法，但仍存在一定的副作用与局限性。也有学者将氯己定加入复合树脂中，成功抑制了树脂表面菌斑生物膜的生长。但是，氯己定的溶解度较高，对生物膜的抑制作用时间较短，无法长期有效的抑菌。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：为了解决上述现有复合树脂无法长期有效抑菌的技术问题，本发明提供片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的制备方法。
6.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
7.片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的制备方法，包括如下步骤：
8.步骤1、常温下，将硝酸锌zn(no3)2·
6h2o溶液快速滴加到不断搅拌的氢氧化钠naoh溶液中，反应得到初产物；
9.步骤2、将初产物用去离子水和乙醇洗涤、离心，于烘箱中60-70℃干燥10-12h，得到片层花状氧化锌zno；
10.步骤3、将片层花状氧化锌zno和树脂基质经超声分散后磁力搅拌，重复三次，得半成品牙科复合流体树脂，经固化得到牙科复合树脂成品。
11.发明通过控制反应物比例及温度制得了具有片层结构的氧化锌，进而构筑了兼具
优异抗菌活性和生物相容性的新型牙科复合树脂。本发明先合成了一种片层花状氧化锌，将其作为添加物加入到树脂基质中进行光固化反应，最终制备成牙科复合树脂。
12.优选的，步骤1中，常温下，将硝酸锌溶液快速滴加到不断搅拌的naoh溶液中，后在25-30℃下以500-800rpm的搅拌速度继续反应2-3h，得到初产物，也可以用磁力搅拌，磁力搅拌的速率为500-800rpm。
13.优选的，步骤1中以15ml/s的速度将硝酸锌溶液滴加到连续搅拌的naoh溶液中。
14.优选的，步骤1中zn(no3)2·
6h2o和naoh的摩尔比为1:8-1:13，naoh溶液的浓度为0.0325mol/l-0.2mol/l，zn(no3)2·
6h2o溶液的浓度为0.025mol/l。
15.优选的，步骤2中，将反应得到的初产物，使用高速离心机，用去离子水离心、洗涤一次，倒掉上清液后，再使用乙醇与沉淀混合搅匀，离心、洗涤三次后静置，倒掉上层乙醇溶剂，得到氧化锌粉末，离心机转速3000-4000r/min，离心时间3min，随后将得到氧化锌粉末于烘箱中60-70℃干燥10-12h，得到片层花状氧化锌zno。
16.优选的，步骤3中将片层花状氧化锌zno和树脂基质经30-35khz超声分散3-5min后磁力搅拌3-5min，其中磁力搅拌的速率为800-1000rpm。
17.优选的，步骤3中半成品牙科复合流体树脂经可见光固化得到牙科复合流体树脂成品。
18.优选的，步骤3中，片层花状氧化锌zno占牙科复合流体树脂成品的质量百分为2.5-10％。
19.优选的，树脂基质包括树脂单体和光引发剂体系，光引发剂体系占树脂基质的质量比为1-2％，树脂单体占树脂基质的质量比为98-99％。
20.优选的，树脂单体包括双酚a双甲基丙烯酸缩水甘油酯和双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯，双酚a双甲基丙烯酸缩水甘油酯和双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯的质量比为1:1-7:3；光引发剂体系包括主引发剂和共引发剂，主引发剂和共引发剂的质量比为1:1-1:2，主引发剂为樟脑醌，共引发剂为甲基丙烯酸二甲氨乙酯。
21.本发明的有益效果如下：
22.1、本发明制备的片层花状氧化锌，制备方法简单，反应条件温和，且与树脂基质混合效果较好，可应用于牙科复合修复树脂领域；
23.2、本发明片层聚集花状氧化锌中的氧化锌通过释放锌离子(zn
2+
)、产生活性氧物种(ros)、与微生物的直接相互作用的三种机制抗菌，片层花状氧化锌抗菌的主要原因在于，其可在无光环境下产生活性氧物质，本技术制备的片层聚集花状zno，主要暴露晶面族为与常见的六棱柱状zno(暴露晶面族为和{0001})相比，具有更高活性的暴露晶面无光条件下，片层聚集花状zno，暴露晶面具有更高的催化活性，可以通过两电子转移的直接生成途径稳定地产生h2o2，相同条件下能够产生更多的活性氧物质，从而得到得到更加优异的抗菌性能；
24.3、本发明中，锌是人体所必需的微量元素，生物相容性良好。zno是美国食品药品监督管理局认证可以安全使用于人体的“锌”化合物之一，对人体的毒副作用低；
25.4、本发明中，一方面，片层聚集花状氧化锌作为纳米粒子，加入树脂中，容易产生应力集中效应，在基体树脂周围易引发其产生银纹，吸收形变功，同时zno纳米粒子的存在，
使基体树脂内银纹，裂缝的扩展受阻和钝化，这就使得我们的片层花状氧化锌复合树脂能够较好地传递所承受的外应力，从而达到增强增韧的效果，得到优良的力学性能。另一方面，纳米无机粒子的增强增韧作用是通过进入材料的裂缝空隙内部而产生的。树脂表面锌元素测定表明氧化锌均匀分散于树脂内，机械性能的测定表明氧化锌的添加增加了树脂的压缩强度；
26.5、zno在与水接触时，锌离子逐渐游离出来，由于锌离子的氧化还原性，当它和细菌细胞膜相结合时，与细胞膜的有机物发生反应，破坏膜蛋白的结构，使其失去活性，达到杀菌目的，而zno释放锌离子的溶解-沉淀过程，与zno与水的接触面积密切相关，在复合树脂中，zno部分暴露，与水的接触面积有限，故能够缓慢释放锌离子；
27.6、本发明制备的片层花状氧化锌复合树脂，与的树脂相比，通过调整片层花状氧化锌的添加比例，复合树脂的力学性能不受影响，同时表现出明显的生物相容性和抗菌活性；
28.7、本发明向树脂中引入片层花状氧化锌，可达到有效抑制变异链球菌的生长的作用，抗菌性分别达到75.27％、71.96％、62.66％和64.53％。
附图说明
29.图1为本实施例1中的片层花状氧化锌的红外测试谱图；
30.图2为实施例中1片层花状氧化锌的扫描电镜图；
31.图3为实施例中1-4片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的细胞毒性测试图；
32.图4为实施例1中抗菌性能最优的片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的压缩强度测试图；
33.图5为实施例1-4制备的片层花状zno使用固体琼脂稀释法检测zno在无光照下对变异链球菌最小抑菌浓度的结果图；
34.图6为空白树脂)接触抑菌率(变异链球菌)图；
35.图7为实施例1制备的牙科复合树脂的抑菌率(变异链球菌)图；
36.图8为实施例2制备的牙科复合树脂的抑菌率(变异链球菌)图；
37.图9为实施例3制备的牙科复合树脂的抑菌率(变异链球菌)图；
38.图10为实施例4制备的牙科复合树脂的抑菌率(变异链球菌)图；
39.图11为实施例2制备的牙科复合树脂表面扫面电镜图。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
41.因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.实施例1
43.如图1到4及5-7所示，本实施例提供片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的制备方法，包括如下步骤：
44.(1)用分析天平称取2.23gzn(no3)2·
6h2o溶解在150ml去离子水中，然后，称取3g naoh溶解在150ml去离子水中，常温下，将硝酸锌溶液以15ml/s的速度快速滴加到不断搅拌的naoh溶液中，使用磁力搅拌将溶液在25℃下反应2.5h，磁力搅拌转速为600r/min。
45.(2)将反应得到的初产物，在试管中先加入去离子水与初产物混合均匀，使用高速离心机，离心、洗涤一次，倒掉上清液后，再使用乙醇与去离子水离心、洗涤后的沉淀混合搅匀，离心、洗涤三次后静置，倒掉上层乙醇溶剂，将得到的纯净的初产物，于烘箱中65℃干燥12h，所得样品记为片层花状zno，其中离心机转速为3500r/min，离心时间为3min。
46.(3)制备树脂基质，双酚a-双甲基丙烯酸缩水甘油bis-gma，双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯tegdma按照质量比为7：3进行混合，加入质量比为1：2的樟脑醌(cq)和甲基丙烯酸二甲氨乙酯(dmaema)，光引发剂体系占树脂基质总质量的2％，树脂单体占树脂基质总质量的98％。
47.(4)将步骤(2)得到的片层花状氧化锌按占复合树脂总质量的2.5％加入步骤(3)得到的树脂基质中，其中，树脂基质占复合树脂总质量的97.5％，通过30-35khz超声分散5min后磁力搅拌3min，其中磁力搅拌的速率为800rpm，重复三次，即可得到未固化的牙科复合流体树脂，最后进行光固化(波长为430-490nm)，得到未添加其他无机填料的牙科复合树脂。
48.制得片层花状氧化锌的红外测试谱图如图1所示，本实施例制备的zno样品的xrd图谱所有衍射峰均与六方纤锌矿结构zno一一对应(jcpds no.36-1451)，没有发现其他来自反应物和中间产物的衍射峰，可知产物为结晶比较完整的六方晶系zno。该zno样品沿[0001]和方向的优先生长形成了纳米片，由于(0001)和两个晶面是垂直的，因此该合成条件下生成的纳米氧化锌的主要暴露晶面是因此，将生成的聚集片层花状纳米zno称为-zno；制得片层花状氧化锌的扫描电镜图如图2所示，过量的oh-在溶液中影响了zno的生长趋势，oh-离子由于静电吸附作用附着在zno的(0001)晶面上，抑制了此晶面的生长速率，相对促进了其它方向的生长速率，沿[0001]和方向共同生长形成了片层结构，又因为颗粒从晶核开始生长，所以片层结构定向组装为花状。片层厚度为30-50nm，聚集体大小为2-3μm，纳米片表面光滑，颗粒尺寸大小比较均一，确定其形貌为片层花状结构；所得的基于片层花状氧化锌改性抗菌型牙科复合树脂(未添加其他无机填料)，经过万能试验机测试后可得到材料的力学性能如图4所示。根据iso 9917的抗压强度测试，将直径为4mm、高度为6mm的不锈钢圆柱形模具放置在玻璃载玻片上，然后用树脂复合材料过度填充。在完全填充模具后，在顶部按压另一个玻片，整个材料从两端固化40秒。圆柱形树脂试样的侧面再固化40秒，以获得更高的聚合度。每组制备6个复合树脂试样，并将其储存在37℃的水中试验前24小时。然后用万能试验机以0.5mm/min的十字头速度测定抗压强度。将试样平端放置在试验机的板之间，以便沿试样的长轴施加逐渐增加的压缩载荷。由图4可知，相比较未改性的树脂，本实施例的力学性能与对照组相比，提升了。
[0049]
实施例2
[0050]
如图3和5及6、8和11所示，基于实施例1，本实施例提供片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)至步骤(2)同实施例1，
[0051]
(3)制备树脂基质，双酚a-双甲基丙烯酸缩水甘油bis-gma，双甲基丙烯酸二缩三
乙二醇酯tegdma按照质量比为2：1进行混合，加入质量比为1：1.5的樟脑醌(cq)和甲基丙烯酸二甲氨乙酯(dmaema)，光引发剂体系占树脂基质总质量的1.5％，树脂单体占树脂基质总质量的98.5％。
[0052]
(4)将步骤(2)得到的片层花状氧化锌按占复合树脂总质量的5％加入步骤(3)得到的树脂基质中，其中，树脂基质占复合树脂总质量的95％，通过30-35khz超声分散3min后磁力搅拌5min，其中磁力搅拌的速率为1000rpm，重复三次，即可得到未固化的牙科复合流体树脂，最后进行光固化(波长为430-490nm)，得到未添加其他无机填料的牙科复合树脂。
[0053]
实施例3
[0054]
如图3和5及6和9所示，基于实施例1，本实施例提供片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)至步骤(2)同实施例1，
[0055]
(3)制备树脂基质，双酚a-双甲基丙烯酸缩水甘油bis-gma，双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯tegdma按照质量比为1.5：1进行混合，加入质量比为1：1的樟脑醌(cq)和甲基丙烯酸二甲氨乙酯(dmaema)，光引发剂体系占树脂基质总质量的1％，树脂单体占树脂基质总质量的99％。
[0056]
(4)将步骤(2)得到的片层花状氧化锌按占复合树脂总质量的7.5％加入步骤(3)得到的树脂基质中，其中，树脂基质占复合树脂总质量的92.5％，通过30-35khz超声分散4min后磁力搅拌4min，其中磁力搅拌的速率为900rpm，重复三次，即可得到未固化的牙科复合流体树脂，最后进行光固化(波长为430-490nm)，得到未添加其他无机填料的牙科复合树脂。
[0057]
如图11所示，本实施制备的牙科复合树脂：片层花状氧化锌的片层结构可部分暴露于树脂表面，且分布较为均匀。
[0058]
实施例4
[0059]
如图3和5及6和10所示，基于实施例1，本实施例提供片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)至步骤(2)同实施例1，
[0060]
(3)制备树脂基质，双酚a-双甲基丙烯酸缩水甘油bis-gma，双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯tegdma按照质量比为1：1进行混合，加入质量比为1：1的樟脑醌(cq)和甲基丙烯酸二甲氨乙酯(dmaema)，光引发剂体系占树脂基质总质量的1％，树脂单体占树脂基质总质量的99％。
[0061]
(4)将步骤(2)得到的片层花状氧化锌按占复合树脂总质量的10％加入步骤(3)得到的树脂基质中，其中，树脂基质占复合树脂总质量的90％，通过30-35khz超声分散5min后磁力搅拌5min，其中磁力搅拌的速率为800rpm，重复三次，即可得到未固化的牙科复合流体树脂，最后进行光固化(波长为430-490nm)，得到未添加其他无机填料的牙科复合树脂。
[0062]
图3中，实施例1-4的制备的层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂与对照组相比，细胞相对增值率相当，无明显细胞毒性(由美国药典对细胞活力的分级可知，当细胞相对增值率≥75％时，细胞毒性为1级，无细胞毒性。)从拔除的第三磨牙中收集人牙髓细胞(经伦理委员会批准)采用cck8-法进行细胞毒性评估。
[0063]
本技术的技术方案中，对照组(空白对照)为制备的树脂基质，双酚a双甲基丙烯酸缩水甘油酯bis-gma，双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯tegdma按照质量比为1：1进行混合，加入质量比为1：1的樟脑醌(cq)和甲基丙烯酸二甲氨乙酯(dmaema)，樟脑醌(cq)和甲基丙烯
酸二甲氨乙酯(dmaema)占树脂基质总质量的1％，双酚a双甲基丙烯酸缩水甘油酯bis-gma和双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯tegdma占树脂基质总质量的99％。对照组为100％树脂基质。对照组树脂基质的量与实施例层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的量相同，即对照组是100％树脂基质，而实施例1为2.5％片层花状氧化锌，97.5％树脂基质。
[0064]
如图5所示，实施例1-4制备的片层花状zno，使用固体琼脂稀释法检测zno在无光照下对变异链球菌最小抑菌浓度(mic)，使用双倍浓度琼脂细菌培养基与等体积均匀分散的zno悬液混合，以制备一定浓度的zno-固体琼脂细菌培养基，后将一定量的菌悬液均匀涂布于固体培养基上，培养18-24h后，对菌落进行计数，根据菌落计数结果，无菌落生长的最小抑菌液浓度为该样品对受试菌种的mic值(单一菌落生长可忽略不计)。得出片层花状zno对变异链球菌的mic值为0.8mg/ml。
[0065]
48孔板中，加入1ml bhi培养液，将已灭菌的各组固化树脂样本分别置入，加入10ul od＝0.5的菌悬液，37℃，5％co2避光培养48h后，1ml pbs漂洗去除浮菌，将各组样本取出，置于加有2ml pbs缓冲液的无菌离心管中。于漩涡振荡器上充分震荡，低频超声5min，再于漩涡振荡器上充分震荡，洗脱样品表面黏附的变异链球菌。将洗脱液10倍稀释至适宜浓度，各组分别取100ul接种于bhi固体培养基上，每组平行接种于两个培养皿，使用灭菌玻璃棒涂抹均匀，37℃，5％co2避光培养48h。对培养皿进行计数，计算抑菌率。
[0066]
图6为(空白树脂)接触抑菌率，图7-10分别为实施例1-4的牙科复合树脂的抑菌率，可知，实施例1抑菌率最高，实施例2次之，接着为实施例4的抑菌率，实施例3的抑菌率最低。
[0067]
实施例5
[0068]
片层花状氧化锌的制备方法，包括如下步骤：
[0069]
(1)用分析天平称取2.23g zn(no3)2·
6h2o溶解在150ml去离子水中，然后，称取2.24g naoh溶解在150ml去离子水中，常温下，将硝酸锌溶液以15ml/s的速度快速滴加到不断搅拌的naoh溶液中，使用磁力搅拌将溶液在30℃下反应3h，磁力搅拌转速为800r/min。
[0070]
(2)将反应得到的初产物，在试管中先加入去离子水与初产物混合均匀，使用高速离心机，离心、洗涤一次，倒掉上清液后，再使用乙醇与去离子水离心、洗涤后的沉淀混合搅匀，离心、洗涤三次后静置，倒掉上层乙醇溶剂，将得到的纯净的初产物，于烘箱中70℃干燥10h，所得样品记为片层花状zno，其中离心机转速为3000r/min，离心时间为3min。
[0071]
实施例6
[0072]
片层花状氧化锌的制备方法，包括如下步骤：
[0073]
(1)用分析天平称取2.23g zn(no3)2·
6h2o溶解在150ml去离子水中，然后，称取3.9g naoh溶解在150ml去离子水中，常温下，将硝酸锌溶液以15ml/s的速度快速滴加到不断搅拌的naoh溶液中，使用磁力搅拌将溶液在25℃下反应2h，磁力搅拌转速为500r/min。
[0074]
(2)将反应得到的初产物，在试管中先加入去离子水与初产物混合均匀，使用高速离心机，离心、洗涤一次，倒掉上清液后，再使用乙醇与去离子水离心、洗涤后的沉淀混合搅匀，离心、洗涤三次后静置，倒掉上层乙醇溶剂，将得到的纯净的初产物，于烘箱中60℃干燥12h，所得样品记为片层花状zno，其中离心机转速为4000r/min，离心时间为2min。
[0075]
表1，实施例1至4制备的片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的抗菌活性测试结果如表1所示。
[0076]
表1实施例1至4片层花状氧化锌抗菌型牙科复合树脂的抑菌率
[0077][0078][0079]
表1中的抑菌率是对变异链球菌抑菌率。