一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料及其制备方法 (High-biocompatibility bio-based antibacterial dental restoration material and preparation method thereof ) 是由 杨红军 王宗垒 王玉丽 周永恒 庄燕 周应山 刘欣 徐卫林 于 2021-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料及其制备方法,该材料是由5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚和季戊四醇四巯基乙酸酯为反应物,以四乙烯硅烷为填料,以2-异丙基硫杂蒽酮为催化剂加成聚合制得。其中,利用四乙烯硅烷代替传统二氧化硅填料,四乙烯硅烷与季戊四醇四巯基乙酸酯进行加成聚合,使有机热固性树脂和填料以化学键的形式结合起来,可增加材料硬度和耐磨度,使其力学性能好、质量稳定。本发明利用5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚为原料制备的牙科修复材料具有长效抗菌的作用,延长其使用寿命；且具有高生物相容性,解决了其他化学合成光固化牙科树脂材料长期滞留人体产生毒性的风险。(The invention provides a high-biocompatibility bio-based antibacterial dental restoration material and a preparation method thereof, wherein the material is prepared by taking 5', 5-diallyl-2, 2' -biphenol and pentaerythritol tetramercaptoacetate as reactants, tetraene silane as a filler and 2-isopropyl thioxanthone as a catalyst through addition polymerization. The method utilizes the tetraethylene silane to replace the traditional silica filler, and the tetraene silane and the pentaerythritol tetramercaptoacetate are subjected to addition polymerization, so that the organic thermosetting resin and the filler are combined in a chemical bond form, the hardness and the wear resistance of the material can be improved, and the material has good mechanical property and stable quality. The dental restoration material prepared by using 5', 5-diallyl-2, 2' -biphenol as a raw material has a long-acting antibacterial effect, and the service life of the dental restoration material is prolonged; and has high biocompatibility, and solves the risk that other chemical synthesis photo-curing dental resin materials stay in the human body for a long time to generate toxicity.)
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料及其制备方法。
背景技术
光固化树脂牙科修复材料因其价格低廉，成型简单，个体匹配性好等特点成为目前口腔医疗行业常用的牙科修复材料。但光固化树脂牙科修复材料存在易黏附细菌，进而引发龋齿病变的问题。因此研发抗菌复合树脂牙科修复材料是改进光固化树脂类牙科修复材料的重要途径。
目前，行业内主要通过在复合树脂牙科修复材料中添加金属银/铜纳米粒子来赋予树脂抗菌功能。专利号为CN104887535B的专利文件公开了一种低体积收缩、抗菌牙科树脂复合材料的制备方法，采用双官能团丙烯酸酯树脂与含有磷酰基的丙烯酸酯树脂制得牙科树脂溶液，再加入银源化合物，光引发剂、无机填料，其中银源化合物可释放纳米银起到抗菌的作用；最后注入模具，采用蓝光或者紫外光照射制备具有低体积收缩、抗菌作用的牙科填充材料。但上述专利中抗菌树脂的抗菌性能与抗菌物质的释放性能呈正相关，因此，随着时间延长，抗菌物质的释放量减少，树脂的抗菌能力将会降低或消失；另外，抗菌纳米粒子的释放还会影响树脂的力学性能，因此采用添加金属银/铜纳米粒子的复合树脂牙科修复材料会存在抗菌期限和使用寿命低的问题。
有鉴于此，有必要设计一种改进的用于牙科修复材料领域的高生物相容性的生物基抗菌材料，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料，该牙科修复材料在具备长效抗菌效果的同时，还具有高生物相容性，制备工艺成本低，质量稳定以及力学性能好等特点。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料及其制备方法。其中，一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料，该牙科修复材料的组分包括第一单体、第二单体、填料和催化剂；其中，所述第一单体为5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚，所述第二单体为季戊四醇四巯基乙酸酯，所述填料为四乙烯硅烷，所述催化剂为2-异丙基硫杂蒽酮。
作为本发明的进一步改进，所述第一单体、所述第二单体、所述填料和所述催化剂的质量份数比为38～45:55～62:20～40:1～3。
一种上述任一项所述的高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料的制备方法，制备方法包括以下步骤：
S1、将所述5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚和所述季戊四醇四巯基乙酸酯在110℃下搅拌混合，使其完全溶解；
S2、将所述2-异丙基硫杂蒽酮加入步骤S1得到的混合溶液中，搅拌至完全溶解；
S3、将所述四乙烯硅烷加入S2混合溶液中，搅拌均匀得到混合溶液；
S4、将步骤S3得到的混合溶液中在110℃下进行真空除泡处理，得到白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料。
作为本发明的进一步改进，所述白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料在应用时需进行光固化处理。
作为本发明的进一步改进，所述光固化处理为采用200～500nm波长的光源照射5～10min。
作为本发明的进一步改进，所述搅拌的速度为200～400r/min。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料及其制备方法，该材料是由5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚和季戊四醇四巯基乙酸酯为反应物，以四乙烯硅烷为填料，以2-异丙基硫杂蒽酮为催化剂加成聚合制得，在光源下光固化处理进行应用。其中5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚为植物提取物，其作为药物具有抗炎，抗菌，抗病原微生物，抗溃疡，抗氧化等药理作用，常用于治疗急性肠炎、细菌性或阿米巴痢疾、慢性胃炎等。在抗菌作用方面，5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚对格兰氏阳性菌、耐酸性菌、丝状真菌有显著的抗菌活性，对变形链球菌有更加显著的抗菌作用，对葡萄球菌的抑制作用最强。另外，该化合物为硫醇-烯点击反应，固化过程中酚羟基不参与反应，故保证了固化后的牙科材料仍具有抗菌能力，因此，利用5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚制备的生物基抗菌材料在用于牙科修复材料时起到长效抑菌抗菌的作用，延长使用寿命，并对胃病和口腔疾病起到有益效果。
2、本发明在材料制备过程中加入了四乙烯硅烷替代常规的二氧化硅SiO2无机填料，四乙烯硅烷上的乙烯基能够与季戊四醇四巯基乙酸酯上的巯基进行加成聚合，起到了化学连接作用，因此使得树脂与填料的结合能力大大增加。另外，加入四乙烯硅烷可增加牙齿硬度和耐磨度，使其力学性能好、质量稳定，且使得种植牙容易清洁刷洗，牙齿外观莹亮洁白。
3、本发明使用的天然生物质化合物5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚制备的牙科修复材料具有优良的生物相容性，应用于牙科修复材料不仅制作工艺成本低，并解决了其他化学合成光固化牙科树脂材料长期滞留人体产生毒性的风险。
附图说明
图1为本发明制备的生物基抗菌牙科修复材料固化后的分子结构式图。
图2为本发明实施例1所制得的生物基抗菌牙科修复材料的红外光谱图。
图3为本发明实施例2所制得的生物基抗菌牙科修复材料的红外光谱图。
图4为本发明实施例1、2和对比例1通过CCK-8法检测其对L929细胞活性的影响结果图。
图5为实施例1-2和对比例1-2通过紫外-可见分光光度法测试共培养菌液的吸光度结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的目的、优点和技术特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料，该牙科修复材料的组分包括第一单体、第二单体、填料和催化剂；其中，第一单体为5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚，第二单体为季戊四醇四巯基乙酸酯，填料为四乙烯硅烷，催化剂为2-异丙基硫杂蒽酮。第一单体、第二单体、填料和催化剂的质量份数比为38～45:55～62:20～40:1～3。
具体地，一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料在光照条件下光固化得到的网络状聚合物，该牙科修复材料固化后的分子结构式为：
一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料的光固化的反应方程式为：
一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚、季戊四醇四巯基乙酸酯在110℃下搅拌混合，搅拌速度为200～400r/min，使其完全溶解，5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚、季戊四醇四巯基乙酸酯的质量份数比为38～45:55～62；
S2、将2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)加入步骤S1得到的混合溶液中，搅拌至完全溶解，2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)与S1混合溶液的质量份数比为1～3:100；
S3、将四乙烯硅烷加入S2混合溶液中，四乙烯硅烷与S2混合物的质量份数比为20～40:100；
S4、将步骤S3得到的混合溶液中在110℃下进行真空除泡处理得到白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料；
其中，白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料在应用时需进行光固化处理；光固化处理为采用200～500nm波长的光源照射5～10min。
特别地，一种高生物相容性的生物基抗菌材料用于牙科修复材料的制备，5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚作为药物具有抗炎，抗菌，抗病原微生物，抗溃疡，抗氧化等药理作用，常用于治疗急性肠炎、细菌性或阿米巴痢疾、慢性胃炎等。在抗菌作用方面，5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚对格兰氏阳性菌、耐酸性菌、丝状真菌有显著的抗菌活性，对变形链球菌有更加显著的抗菌作用，对葡萄球菌的抑制作用最强。另外，该化合物为硫醇-烯点击反应，固化过程中酚羟基不参与反应，故保证了固化后的牙科材料仍具有抗菌能力，因此，利用5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚或其衍生物制备的生物基抗菌材料在用于牙科修复材料时起到长效抑菌抗菌的作用，延长使用寿命，并对胃病和口腔疾病起到有益效果。
添加四乙烯硅烷替代常规的二氧化硅SiO2无机填料，四乙烯硅烷上的乙烯基能够与季戊四醇四巯基乙酸酯上的巯基进行加成聚合，起到了化学连接作用，因此使得树脂与填料的结合能力大大增加。另外，加入四乙烯硅烷可增加牙齿硬度和耐磨度，使其力学性能好、质量稳定，且使得种植牙容易清洁刷洗，牙齿外观莹亮洁白。
本发明使用的5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚为天然生物质化合物，利用5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚制备的材料具有优良的生物相容性，应用于牙科修复材料不仅制作工艺成本低，并解决了其他化学合成光固化牙科树脂材料长期滞留人体产生毒性的风险。
实施例1
本发明实施例1制备应用于牙科修复材料的生物基抗菌材料，包括以下步骤：
S1、将3.8g 5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚、6.2g季戊四醇四巯基乙酸酯在110℃下搅拌混合，搅拌速度为200r/min，使其完全溶解；
S2、将100mg 2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)加入步骤S1得到的混合溶液中，搅拌至完全溶解；
S3、将2g四乙烯硅烷加入步骤S2的混合溶液中并搅拌均匀；
S4、将步骤S3得到的混合溶液中在110℃下进行真空除泡处理得到，白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料。
将实施例1获得的牙科修复材料涂在聚四氟板上，并置于365nm波长的紫外光照射10min使牙科材料固化，然后对固化后的牙科修复材料进行如下表征。
请参阅图1-2所示，图2为实施例1所制得的生物基抗菌牙科修复材料的红外光谱图，从图中可以看出在反应物聚合后，1635cm-1处的特征峰和2571cm-1处的特征峰消失，并在1134.71cm-1出现特征峰，证明该生物基抗菌材料的成功合成。该材料在固化后的结构式如图1所示为：
请参阅图4所示为本发明实施例1、2和空白对照组通过CCK-8法检测对L929细胞活性的影响结果图。其中，实施例1的24h相对细胞存活率为98.65％，证明本发明的生物基抗菌材料具有非常优秀的细胞相容性，可应用于牙科修复材料。
实施例2
本发明实施例2制备应用于牙科修复材料的生物基抗菌材料，包括以下步骤：
S1、将4.5g 5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚、5.5g季戊四醇四巯基乙酸酯在110℃下搅拌混合，搅拌速度为200r/min，使其完全溶解；
S2、将300mg 2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)加入步骤S1得到的混合溶液中，搅拌至完全溶解；
S3、将4g四乙烯硅烷加入S2混合溶液中并搅拌均匀；
S4、将步骤S3得到的混合溶液中在110℃下进行真空除泡处理，得到白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料。
将实施例2获得的牙科修复材料涂在聚四氟板上，并置于365nm波长的紫外光照射10min使牙科材料固化，然后对固化后的牙科修复材料进行如下表征。
请参阅图3所示，图3为实施例2所制得的生物基抗菌材料的红外光谱图，从图中可以看出在反应物聚合后，1635cm-1处的特征峰和2571cm-1处的特征峰消失，并在1134.99cm-1出现特征峰，证明该生物基抗菌材料的成功合成。
请参阅图4所示为本发明实施例1、2和空白对照组通过CCK-8法检测对L929细胞活性的影响结果图。其中，实施例2的24h相对细胞存活率为99.16％，证明本发明的生物基抗菌材料具有非常优秀的细胞相容性，可很好的应用于牙科修复材料。
对比例1
对比例1是空白对照组，为纯菌液在37℃下培养24h，通过紫外-可见分光光度法测试其吸光度。
对比例2
对比例2为玻璃离子水门汀组，为市面上购买的玻璃离子水门汀牙科材料与纯菌液在37℃下培养24h，通过紫外-可见分光光度法测试其吸光度。
请参考图5所示，图5为实施例1-2和对比例1-2通过紫外-可见分光光度法测试共培养菌液的吸光度结果图。测试所用细菌为金黄色葡萄球菌，所测试菌液与牙科修复材料质量比为200:1。实验方法为：将上述实施例1-2中所制得的生物基抗菌材料与金黄色葡萄球菌液共培养24h，培养温度为37℃，通过紫外-可见分光光度法测试溶液在600nm波长处的吸光值，即菌体细胞密度OD600，同时计算出其抑菌率。图中，对比例1是空白对照组，为纯菌液在37℃下培养24h，通过紫外-可见分光光度法测试其OD600值；对比例2玻璃离子水门汀组中玻璃离子水门汀牙科修复材料与纯菌液共培养24h后的OD600值；图中实施例1-2的数据为上述实施例1和实施例2制备的牙科修复材料与纯菌液在37℃下共培养培养24h后，通过紫外-可见分光光度法测试的OD600值。结果为：对比例1的OD值为0.693；对比例2的OD值为0.657；实施例1的OD值为0.053，与空白对照组相比，抑菌率为92.35％；实施例2的OD值为0.043，与空白对照组相比，抑菌率为93.80％。上述说明该生物基抗菌材料的抗菌抑菌效果非常好，应用于牙科修复材料时，可赋予其长效抗菌的性能。
实施例3
本发明实施例3制备应用于牙科修复材料的生物基抗菌材料，包括以下步骤：
S1、将3.8g 5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚、6.2g季戊四醇四巯基乙酸酯在110℃下搅拌混合，搅拌速度为200r/min，使其完全溶解；
S2、将200mg 2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)加入步骤S1得到的混合溶液中，搅拌至完全溶解；
S3、将3g四乙烯硅烷加入S2混合溶液中并搅拌均匀；
S4、将步骤S3得到的混合溶液中在110℃下进行真空除泡处理，得到白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料。
实施例4
本发明实施例4制备应用于牙科修复材料的生物基抗菌材料，包括以下步骤：
S1、将3.8g 5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚、6.2g季戊四醇四巯基乙酸酯在110℃下搅拌混合，搅拌速度为200r/min，使其完全溶解；
S2、将300mg 2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)加入步骤S1得到的混合溶液中，搅拌至完全溶解；
S3、将4g四乙烯硅烷加入S2混合溶液中并搅拌均匀；
S4、将步骤S3得到的混合溶液中在110℃下进行真空除泡处理，得到白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料。
实施例5
本发明实施例5制备应用于牙科修复材料的生物基抗菌材料，包括以下步骤：
S1、将4.0g 5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚、6.0g季戊四醇四巯基乙酸酯在110℃下搅拌混合，搅拌速度为200r/min，使其完全溶解；
S2、将100mg 2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)加入步骤S1得到的混合溶液中，搅拌至完全溶解；
S3、将2g四乙烯硅烷加入S2混合溶液中并搅拌均匀；
S4、将步骤S3得到的混合溶液中在110℃下进行真空除泡处理，得到白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料。
实施例6
本发明实施例6制备应用于牙科修复材料的生物基抗菌材料，包括以下步骤：
S1、将4.0g 5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚、6.0g季戊四醇四巯基乙酸酯在110℃下搅拌混合，搅拌速度为200r/min，使其完全溶解；
S2、将200mg 2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)加入步骤S1得到的混合溶液中，搅拌至完全溶解；
S3、将3g四乙烯硅烷加入S2混合溶液中并搅拌均匀；
S4、将步骤S3得到的混合溶液中在110℃下进行真空除泡处理，得到白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料。
实施例7
本发明实施例7制备应用于牙科修复材料的生物基抗菌材料，包括以下步骤：
S1、将4.0g 5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚、6.0g季戊四醇四巯基乙酸酯在110℃下搅拌混合，搅拌速度为200r/min，使其完全溶解；
S2、将300mg 2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)加入步骤S1得到的混合溶液中，搅拌至完全溶解；
S3、将4g四乙烯硅烷加入S2混合溶液中并搅拌均匀；
S4、将步骤S3得到的混合溶液中在110℃下进行真空除泡处理，得到白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料。
实施例8
本发明实施例8制备应用于牙科修复材料的生物基抗菌材料，包括以下步骤：
S1、将4.5g 5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚、5.5g季戊四醇四巯基乙酸酯在110℃下搅拌混合，搅拌速度为200r/min，使其完全溶解；
S2、将100mg 2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)加入步骤S1得到的混合溶液中，搅拌至完全溶解；
S3、将2g四乙烯硅烷加入S2混合溶液中并搅拌均匀；
S4、将步骤S3得到的混合溶液中在110℃下进行真空除泡处理，得到白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料。
实施例9
本发明实施例9制备应用于牙科修复材料的生物基抗菌材料，包括以下步骤：
S1、将4.5g 5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚、5.5g季戊四醇四巯基乙酸酯在110℃下搅拌混合，搅拌速度为200r/min，使其完全溶解；
S2、将200mg 2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)加入步骤S1得到的混合溶液中，搅拌至完全溶解；
S3、将3g四乙烯硅烷加入S2混合溶液中并搅拌均匀；
S4、将步骤S3得到的混合溶液中在110℃下进行真空除泡处理，得到白色或黄色粘稠状高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料。
综上所述，本发明的一种高生物相容性的生物基抗菌牙科修复材料及其制备方法，该材料是由5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚和季戊四醇四巯基乙酸酯为反应物，以四乙烯硅烷为填料，以2-异丙基硫杂蒽酮为催化剂加成聚合制得；该材料可在光源照射下固化应用。其中，利用四乙烯硅烷替代传统二氧化硅填料，四乙烯硅烷与季戊四醇四巯基乙酸酯进行加成聚合，因此使有机热固性树脂和填料以化学键的形式结合起来，可增加材料硬度和耐磨度，使其力学性能好、质量稳定。另外，本发明利用5',5-二烯丙基-2,2'-联苯二酚或其衍生物制备的生物基抗菌材料在应用于牙科修复材料时可起到长效抑菌抗菌的作用，延长使用寿命；且具有优良的生物相容性，不仅制作工艺成本低，并解决了其他化学合成光固化牙科树脂材料长期滞留人体的毒性风险。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。