本發(fā)明涉及一種水凝膠制劑，一種制備該水凝膠制劑的方法，其對抗(例如治療或預(yù)防)牙病、美白或修飾牙齒或產(chǎn)生牙齒的暴露的牙質(zhì)表面的圖像的用途以及涉及由燒結(jié)的水凝膠制劑組成的鑄造結(jié)構(gòu)體。人們對于可以幫助骨骼和牙齒再生的材料越來越感興趣，特別是在發(fā)達(dá)國家，其中較高的預(yù)期壽命增加了與年齡相關(guān)的疾病(如骨質(zhì)疏松癥和因?yàn)檠乐懿?、?chuàng)傷和齲齒導(dǎo)致的牙齒脫落)的患病率。此外，在發(fā)達(dá)國家，臨床上非常需要解決由牙釉質(zhì)損失和牙小管暴露引起的牙齒超敏反應(yīng)。當(dāng)牙齒暴露于熱或冷的溫度時(shí)，超敏反應(yīng)表現(xiàn)為疼痛。大多數(shù)治療方法只解決癥狀或暫時(shí)閉合小管以防止牙齒神經(jīng)暴露于刺激下。由于與天然存在的羥基磷灰石非常相似，合成羥基磷灰石(hap)可用于該生物醫(yī)學(xué)目的。合成羥基磷灰石的涂層覆蓋牙質(zhì)并恢復(fù)牙釉質(zhì)表面，但是必須滿足以實(shí)現(xiàn)其最佳功能的條件是嚴(yán)苛的。這些材料必須與牙齒的性質(zhì)緊密匹配，并且粘合到表面，同時(shí)是無毒的并表現(xiàn)出良好的生物相容性。wo-a-2012/046082描述了通過水熱或化學(xué)沉淀合成來制備hap。本發(fā)明是基于以下認(rèn)識：通過使摻雜的磷酸鈣(cap)相共沉淀的同時(shí)發(fā)生硅烷醇鹽或硅烷醇的水解和縮聚來形成水凝膠制劑，其在暴露于激光輻射(例如通過(例如)pld的低能量激光照射)時(shí)顯示出快速的致密化。因此從一方面看，本發(fā)明提供一種水凝膠制劑或其前體或無水物，其包含：由硅氧烷鍵的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)和一種或多種磷酸鈣相組成的固相，該一種或多種磷酸鈣相摻雜有一種或多種金屬摻雜劑；和水相。本發(fā)明的水凝膠制劑有利地提供了一種用于在組織工程過程中以原位方式快速均勻地鑄造生物相容的磷酸鈣相的方法。與單獨(dú)的磷酸鈣材料能實(shí)現(xiàn)的相比，水凝膠制劑的層可燒結(jié)成更光滑和更原始的表面。水凝膠制劑可以是分散體，其中固相連續(xù)并且水相不連續(xù)。硅氧烷鍵的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)可以是連續(xù)聚合物網(wǎng)絡(luò)。連續(xù)聚合物網(wǎng)絡(luò)可以是鏈狀的連續(xù)聚合物網(wǎng)絡(luò)。連續(xù)聚合物網(wǎng)絡(luò)可以是1-、2-或3-維的連續(xù)聚合物網(wǎng)絡(luò)。連續(xù)網(wǎng)絡(luò)可以是共價(jià)聚合物網(wǎng)絡(luò)。水相優(yōu)選為水。水凝膠制劑或其無水物通常是生理上可耐受的。水凝膠制劑或其無水物可以是骨生成的、骨引導(dǎo)的或骨誘導(dǎo)的。前體可以是膠體(例如溶膠)。無水物可通過加熱水凝膠制劑(例如通過煅燒、燒蝕或燒結(jié)，例如光燒結(jié)水凝膠制劑)來獲得。無水物可以是結(jié)晶或無定形的并且是糊狀、粉末或噴霧劑的形式。所述(或每種)金屬摻雜劑可以是堿土金屬、稀土元素、過渡金屬或鋁的離子。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，一種或多種金屬摻雜劑是稀土元素離子或包括稀土元素離子。用稀土元素離子對一種或多種磷酸鈣相進(jìn)行光敏化有助于激光能量的有效吸收并促進(jìn)快速消融。這可以被利用以在補(bǔ)牙期間提供有效的包裝和燒結(jié)。通過保持低溫(例如低于41℃)，光敏化可以使健康組織的附帶損傷最小化。優(yōu)選地，稀土元素離子表現(xiàn)出與一種或多種磷酸鈣相的一個(gè)或多個(gè)吸收帶基本上匹配或重疊的吸收帶。特別優(yōu)選地，稀土元素離子表現(xiàn)出這樣的吸收帶，其與一種或多種oh-離子、co32-離子、磷酸根離子或水的一個(gè)或多個(gè)吸收帶(例如磷酸鹽帶的基波或基本的oh帶)基本匹配或重疊。優(yōu)選地，稀土元素離子表現(xiàn)出在1400至1800nm范圍內(nèi)的吸收帶或與該范圍重疊的吸收帶。優(yōu)選地，稀土元素離子表現(xiàn)出在2700至3500nm范圍內(nèi)的吸收帶或與該范圍重疊的吸收帶。優(yōu)選地，稀土元素離子表現(xiàn)出在4000至4500nm范圍內(nèi)的吸收帶或與該范圍重疊的吸收帶。優(yōu)選地，稀土元素離子表現(xiàn)出在1900至2100nm范圍內(nèi)的吸收帶或與該范圍重疊的吸收帶。優(yōu)選地，稀土元素和鈣的離子具有基本相似的半徑(例如在±15％內(nèi)的離子半徑)。這有利于促進(jìn)稀土離子代替鈣。所述(或每個(gè))金屬摻雜劑可以有用地在(例如)期望的波長(例如uv或可見波長)下顯示出吸收或激發(fā)。所述(或每個(gè))金屬摻雜劑可以表現(xiàn)出寬的吸收帶，其可以被利用以使光燒結(jié)期間的散熱性最小化并提高安全性。稀土元素可以是鑭系元素。稀土元素可以選自由鈰、釓、鈥、銩、鏑、鉺、鐿和釹組成的組。優(yōu)選地，稀土元素選自由鏑、鈰、鐿、鉺、鈥和銩組成的組。特別優(yōu)選地，稀土元素選自由鉺、鈰和鐿組成的組。稀土元素可以相對于一種或多種磷酸鈣相以超過100ppm(例如100至50000ppm)的量存在。一種或多種金屬摻雜劑可以是或包括過渡金屬離子。一種或多種金屬摻雜劑可以是或包括鐵、鉻或銀的離子。一種或多種金屬摻雜劑可以是或包括堿土金屬離子。一種或多種金屬摻雜劑可以是或包括鋇或鍶的離子。優(yōu)選地，一種或多種金屬摻雜劑是或包括鋁離子。鋁離子具有以oh和hpo4離子為代價(jià)形成磷酸鋁的強(qiáng)烈傾向，這意味著減少了在oh位置(這是晶格中弱鍵合的原因)中通過碳酸氫鹽形成的碳酸鹽。因此，當(dāng)燒結(jié)時(shí)，水凝膠制劑表現(xiàn)出增強(qiáng)的耐受口腔環(huán)境中的酸侵蝕的能力。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，一種或多種磷酸鈣相是氟離子取代的。通過使氟離子取代一種或多種磷酸鈣相中的氫氧根離子有利地解決了用稀土離子(3+)取代鈣(2+)所引起的電荷不平衡。優(yōu)選地，一種或多種磷酸鈣相包括氟磷灰石。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，一種或多種磷酸鈣相是氟離子取代的，并且一種或多種金屬摻雜劑是或包括鋁離子。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，一種或多種磷酸鈣相是氟離子取代的，并且一種或多種金屬摻雜劑是或包括稀土元素離子。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，一種或多種磷酸鈣相是氟離子取代的，并且一種或多種金屬摻雜劑是或包括鋁離子和稀土元素離子。一種或多種磷酸鈣相可以以超過50wt％(例如50至70wt％)的量存在于水凝膠制劑中。優(yōu)選地，一種或多種磷酸鈣相是或包括合成羥基磷灰石(ca10(po4)6(oh)2)或其合成前體。合成羥基磷灰石可以是納米晶體。合成羥基磷灰石的合成前體可以是磷酸八鈣。優(yōu)選地，一種或多種磷酸鈣相是或包括式cahpo4.xh2o(其中x為0、1或2)的合成礦物質(zhì)。特別優(yōu)選x為0或2。所述(或每種)金屬摻雜劑通常取代合成羥基磷灰石(或其合成前體)或一種或多種cahpo4.xh2o礦物質(zhì)的晶格中的鈣。通常，一種或多種磷酸鈣相的主要相是一種或多種cahpo4.xh2o礦物質(zhì)。優(yōu)選地，一種或多種磷酸鈣相包括三斜磷鈣石。三斜磷鈣石可以是主要的磷酸鈣相。優(yōu)選地，一種或多種磷酸鈣相包括透鈣磷石。透鈣磷石可以是主要的磷酸鈣相。優(yōu)選地，一種或多種磷酸鈣相包括三斜磷鈣石和透鈣磷石。一種或多種磷酸鈣相可以是合成羥基磷灰石、透鈣磷石和三斜磷鈣石的固溶體。水凝膠制劑的固相可以進(jìn)一步由金屬摻雜劑或氟離子源的一種或多種相組成。金屬摻雜劑或氟離子的源可以是以下組中的一種或多種：氟化鈣、氟化亞錫、氯化鋁和磷酸鋁。優(yōu)選地，水凝膠制劑的固相還包括caf2和alpo4。優(yōu)選地，水凝膠制劑的固相進(jìn)一步由殼聚糖組成。一種或多種磷酸鈣相可以是納米顆粒。例如，納米顆?？梢允腔旧掀教?fàn)畹?、基本上棒狀的、小片、薄片、針狀或晶須。?yōu)選地，水凝膠制劑(或其無水物)能夠至少部分地(例如完全)閉合牙齒中的牙質(zhì)小管(例如到至少1μm的深度)。優(yōu)選地，水凝膠制劑(或其無水物)能夠至少部分地(例如基本上完全地)閉合牙齒中牙質(zhì)小管的主要部分。主要部分可以為80％或更多，優(yōu)選90％或更多。優(yōu)選地，水凝膠制劑(或其無水物)能夠基本上完全閉合牙齒中牙質(zhì)小管的主要部分。主要部分可以為60％或更多，優(yōu)選70％或更多。優(yōu)選地，水凝膠制劑通過在硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體存在下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)獲得或可通過在硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體存在下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)獲得。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，水凝膠制劑通過以下方法獲得或可通過以下方法獲得：(a)在硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體的存在下制備含有鈣離子的溶液、含有磷酸根離子的溶液和含有金屬摻雜劑的溶液的含水混合物；(b)使固相在含水混合物中形成；和(c)分離水凝膠制劑。硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體可以是硅烷醇或硅醇鹽。優(yōu)選硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體是硅四醇鹽。硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體可以選自由si(och3)4、si(oc2h5)4、si(oipr)4、si(otbu)4或si(onbu)4組成的組。優(yōu)選的硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體是正硅酸鹽。特別優(yōu)選的是正硅酸四乙酯(teos)、正硅酸四甲酯(tmos)或正硅酸四(2-羥乙基)酯(theos)。最優(yōu)選的是正硅酸四乙酯(teos)。優(yōu)選的硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體具有下式：r(r')(r”)sior”'其中：r、r'和r”中的每一個(gè)獨(dú)立地選自氫、c1-6-烷基或任選羥基化或烷氧基化的c1-6-烷氧基；和r”'是氫或任選羥基化或烷氧基化的c1-6-烷基。r、r'和r”中的每一個(gè)可獨(dú)立地選自甲基、乙基、丙基(例如異丙基)或丁基(例如叔丁基)。優(yōu)選地，r、r'和r”中的每一個(gè)是c1-6-烷氧基。r、r'和r”中的每一個(gè)可以獨(dú)立地選自甲氧基、乙氧基、丙氧基(例如異丙氧基)和丁氧基(例如叔丁氧基)。r”'優(yōu)選為c1-6-烷基。r”'可以選自甲基、乙基、丙基(例如異丙基)或丁基(例如叔丁基)。通常r、r'和r”中的每一個(gè)是相同的。優(yōu)選r、r'、r”和or”'中的每一個(gè)是相同的。含有鈣離子溶液中的鈣離子源可以是鈣鹽(例如碳酸鹽、硝酸鹽或氯化物)。通常鈣鹽是水合的。含有磷酸根離子的溶液中的磷酸根離子源可以是磷酸鹽(例如磷酸氫鹽)。通常磷酸鹽是水合的。優(yōu)選地，含有金屬摻雜劑的溶液包含稀土元素離子。稀土元素的離子源可以是鹽，諸如碳酸鹽、乙酸鹽、氫氧化物、硝酸鹽、氧化物或鹵化物(優(yōu)選乙酸鹽、檸檬酸鹽、硝酸鹽、氯化物、氟化物或氯化物)。鹽可以是結(jié)晶的。鹽可以是水合的。用于制備含有金屬摻雜劑的溶液的稀土元素的離子源的量優(yōu)選為用于制備含有鈣離子的溶液的鈣離子源和用于制備含有磷酸根離子的溶液的磷酸根離子源的總重量的5wt％或更少(特別優(yōu)選1至5wt％，更優(yōu)選1至2wt％)。稀土元素的離子源的具體實(shí)例包括tm(oh)3、er(oh)3、tm2o3、yb2o3、ho2o3、er2o3、tmf3、erf3、ce(no3)3.6h2o、tm(no3)3.5h2o、er(no3)3.5h2o、yb(no3)3.5h2o和ercl3。優(yōu)選地，含有金屬摻雜劑的溶液包含鋁離子。鋁離子源的量優(yōu)選是這樣，其使得鋁離子的量為用于制備含有鈣離子的溶液的鈣離子源和用于制備含有磷酸根離子的溶液的磷酸根離子源的總重量的5wt％或更少(特別優(yōu)選2wt％或更少)。鋁離子源可以是鋁鹽。例如，鋁離子源可以是硝酸鋁、磷酸鋁或三氯化鋁六水合物。優(yōu)選al(no3)3.9h2o。優(yōu)選地，含水混合物還包含氟離子。氟離子源的量優(yōu)選為用于制備含有鈣離子的溶液的鈣離子源和用于制備含有磷酸根離子的溶液的磷酸根離子源的總重量的5wt％或更少(特別優(yōu)選2wt％或更少)。例如，氟離子源可以是氟化鈣、氟化銨或氟化亞錫。氟化銨是優(yōu)選的并且其有利地促進(jìn)凝膠化。優(yōu)選地，含水混合物還包括殼聚糖的酸性溶液。步驟(a)中含有鈣離子的溶液和含有磷酸根離子的溶液為優(yōu)選這樣，其使得含水混合物中ca:p的摩爾比為約1.67。例如在步驟(a)中，可以將含有磷酸根離子的溶液滴加到含有鈣離子的溶液中，直到含水混合物中ca:p的摩爾比為約1.67。在步驟(a)中，可以攪動(例如攪拌)含水混合物。在步驟(b)中，可以攪動(例如攪拌)含水混合物。步驟(a)和(b)中的連續(xù)攪動促進(jìn)水凝膠制劑的均勻化。在步驟(a)中，可以使含水混合物老化(例如24小時(shí)或更長時(shí)間)。含水混合物的ph通常為6或更低，優(yōu)選5.5或更低，特別優(yōu)選5或更低，更優(yōu)選4.5或更低。較低的ph促進(jìn)凝膠化。優(yōu)選地，在步驟(a)之前進(jìn)行以下步驟：(a0)制備含有鈣離子的溶液、含有磷酸根離子的溶液、含有金屬摻雜劑的溶液、硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體和(當(dāng)存在時(shí))氟離子源中的兩個(gè)的含水預(yù)混合物。特別優(yōu)選地，該對包括硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體。更優(yōu)選地，該含水預(yù)混合物含有硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體和含有鈣離子的溶液。優(yōu)選地，在步驟(a)之前另外還有：(a1)制備另外的含有鈣離子的溶液、含有磷酸根離子的溶液、含有金屬摻雜劑的溶液、硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體和(當(dāng)存在時(shí))氟離子源中的兩個(gè)或三個(gè)的水性預(yù)混合物。另外的對可能是稀土元素離子源和氟離子源。獨(dú)立的可專利性的重要性在于，存在一種或多種金屬摻雜劑以用于促進(jìn)在硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體存在下進(jìn)行的共沉淀反應(yīng)中的凝膠化。從另一方面看，本發(fā)明提供了一種用于制備如上文所定義的水凝膠制劑的方法，該方法包括：(a)在硅氧烷網(wǎng)絡(luò)前體的存在下制備含有鈣離子的溶液、含有磷酸根離子的溶液和含有金屬摻雜劑的溶液的含水混合物；(b)使固相在含水混合物中形成；和(c)分離水凝膠制劑。步驟(a)、(b)和(c)可以如上文所定義。還從另一方面看，本發(fā)明提供了一種用于對抗(例如治療或預(yù)防)人或非人類動物的受試者的牙齒中的牙病的方法，該方法包括：(a)將一定量的如本文所述的水凝膠制劑施用至牙齒以使得牙質(zhì)小管至少部分閉合，其中一種或多種金屬摻雜劑是或包括稀土元素離子；和(b)用激光輻射來輻照該一定量的水凝膠制劑，以促進(jìn)致密化。牙病可能是齲齒、牙齒磨損或衰老、牙齒敏感(如急性超敏反應(yīng))或由于齲齒感染引起的疼痛。優(yōu)選地，在步驟(a)中，將一定量的水凝膠制劑施用于暴露的牙質(zhì)表面。優(yōu)選地，激光輻射對眼睛而言是安全的。優(yōu)選地，激光輻射是紅外輻射。特別優(yōu)選激光輻射是近紅外線、中紅外線或短波長紅外輻射。更優(yōu)選地，激光輻射是短波長紅外輻射激光輻射的波長可以是980至4500nm(優(yōu)選1400至3000nm)。激光輻射的波長可以與oh-離子、co32-離子、磷酸根離子或水的一個(gè)或多個(gè)吸收帶重合。優(yōu)選地，激光輻射的波長為1400nm至1800nm。1400至1800nm范圍內(nèi)的波長使副作用最小化，并允許(例如)多于一個(gè)數(shù)量級的脈沖能量被遞送到物體上，同時(shí)仍然保持眼睛安全的i類分類(根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)：internationalstandardonthesafetyoflaserproducts(iec60825–1))。1400至1800nm范圍內(nèi)的波長有利地與oh-離子的基波吸收帶重合。優(yōu)選地，激光輻射的波長為2700至3500nm。2700至3000nm范圍內(nèi)的波長有利地與基本的oh-離子的吸收帶和磷酸根離子的基波重合。優(yōu)選地，激光輻射的波長為1900至2100nm。1900至2100nm范圍內(nèi)的波長有利地與oh-離子的泛音和co32-離子的基波吸收帶重合。優(yōu)選地，激光輻射的波長為4000至4500nm。4000至4500nm范圍內(nèi)的波長有利地與oh-離子和co2的基波吸收帶重合。激光可以是連續(xù)波激光(例如近紅外連續(xù)波激光)。激光可以是脈沖激光(例如超短脈沖激光)。激光器可產(chǎn)生超短脈沖。脈沖激光可以是皮秒、納秒、微秒或飛秒脈沖激光。激光器可發(fā)射20fs至150ps(例如約135ps)長度的脈沖。優(yōu)選地，脈沖激光是飛秒脈沖激光。激光器可以是(例如)co2激光器、er摻雜或ho摻雜的nd-yag激光器、tm摻雜的激光器、ti-藍(lán)寶石激光器、二極管泵浦激光器(例如yb摻雜或cr摻雜的晶體激光器)或光纖激光器。激光器可以是其中(例如)使用二氧化硅纖維遞送功率的短脈沖光纖激光器。脈沖能量通常在1nj至1μj的范圍內(nèi)。可以高達(dá)10ghz(例如100mhz)的重復(fù)頻率發(fā)射脈沖。激光器的平均功率可以是次瓦特(sub-watt)。通常，激光輻射是聚焦到相對小的光斑尺寸(例如約30μm)的激光束。激光束可以具有g(shù)aussian或非gaussian形狀。優(yōu)選地，激光束具有非gaussian形狀。具有非gaussian形狀的激光束的例子包括airy光束，laguerre-gaussian光束或bessel光束。特別優(yōu)選地，激光束是bessel光束。在該實(shí)施方案中，非發(fā)散中心光束被環(huán)包圍。輻射在中心區(qū)域傳播，其中與gaussian傳播相關(guān)的衍射行為使得能夠在更長的距離上保持固定寬度的光束。這放松了為了獲得成功的燒結(jié)而所需的嚴(yán)格對準(zhǔn)性。此外，bessel光束的重建行為有利地允許其用于污染可引起散射至等效gaussian光束的環(huán)境中。本發(fā)明的水凝膠制劑的優(yōu)點(diǎn)可進(jìn)一步用于美容(非修復(fù)性)的方法中。從另一方面看，本發(fā)明提供了一種用于人或非人類動物的受試者的牙齒美白或修飾的美容方法，該方法包括：(1)將一定量的如本文所述的水凝膠制劑施用至除了牙質(zhì)表面之外的牙齒表面；和(2)用激光輻射來輻射該一定量的水凝膠制劑，以促進(jìn)致密化。優(yōu)選地，在步驟(1)中，將水凝膠制劑單獨(dú)施用于牙釉質(zhì)表面。當(dāng)在吸收波長下激發(fā)時(shí)，稀土離子發(fā)射輻射。在另一個(gè)可專利的方面，本發(fā)明能夠捕獲發(fā)射的光以產(chǎn)生(例如)已經(jīng)施用本發(fā)明的水凝膠制劑的牙腔體的圖像。甚至還從更進(jìn)一步的方面來看，本發(fā)明提供了一種用于產(chǎn)生人或非人類動物的受試者的牙齒的暴露的牙質(zhì)表面的圖像的方法，該方法包括：(a)將一定量的如本文所述的水凝膠制劑施用至暴露的牙質(zhì)表面，其中一種或多種金屬摻雜劑是或包括稀土元素離子；(b)用輻射來輻照該水凝膠制劑；(c)捕獲由水凝膠制劑所發(fā)射的輻射；和(d)由水凝膠制劑所發(fā)射的輻射來產(chǎn)生暴露的牙質(zhì)表面的圖像。施用部位的圖像的快速提供給出了(例如)關(guān)于含有稀土離子的金屬摻雜劑的結(jié)晶狀態(tài)、水凝膠制劑的結(jié)構(gòu)和形態(tài)或牙質(zhì)健康的信息。暴露的牙質(zhì)表面可以是牙腔體的一部分或是齲齒的特征。步驟(b)、(c)和(d)可以光譜形式進(jìn)行。步驟(b)、(c)和(d)可以通過ir、拉曼或熒光光譜進(jìn)行。從更進(jìn)一步的方面看，本發(fā)明提供了由如上文所述的燒結(jié)(例如激光燒結(jié))或消融的水凝膠制劑組成的自支撐結(jié)構(gòu)(例如生物礦物質(zhì)結(jié)構(gòu))?？梢酝ㄟ^燒結(jié)來控制自支撐結(jié)構(gòu)的表面和本體強(qiáng)度及其孔隙度，以獲得骨誘導(dǎo)、骨引導(dǎo)和骨整合所必需的條件。自支撐結(jié)構(gòu)可以是定制的骨材料，其中膠原、生長因子和間充質(zhì)干細(xì)胞可以在異種移植物植入之前通過體外進(jìn)行培養(yǎng)。自支撐結(jié)構(gòu)可以是異種移植物、骨移植物、植入物(例如牙植入物)、移植物或釉質(zhì)替代物。自支撐結(jié)構(gòu)可以是鑄造結(jié)構(gòu)體。自支撐結(jié)構(gòu)體可以是礦物或復(fù)合結(jié)構(gòu)體。從進(jìn)一步的方面來看，本發(fā)明提供了如上文所述的水凝膠制劑在牙科修復(fù)或美容或在3d印刷中的用途?，F(xiàn)在將參考實(shí)施例和附圖以非限制性的方式來描述本發(fā)明，其中：圖1是(a)批料1和(b)批料2中存在的cap凝膠的圖像；圖2是cap凝膠的xrd光譜；圖3是cap凝膠在(a)顆粒聚集；(b)形成片狀顆粒期間的sem圖像和(c)片狀顆粒的sem圖像；圖4是摻雜有(a)ce和f；(b)yb和f；(c)ce、yb和f的ca-p凝膠的edx光譜；圖5是具有各種摻雜劑的cap凝膠的拉曼光譜；圖6是具有各種摻雜劑的cap凝膠的ftir光譜；圖7是具有各種摻雜劑的cap凝膠的uv-vis光譜；圖8是cap凝膠在加熱不同時(shí)間之前和之后的xrd分析；圖9是消融和非消融的cap凝膠的ftir光譜的比較；圖10是消融和非消融的cap凝膠的拉曼光譜的比較；圖11是a001和c011與透鈣磷石的參考譜圖的比較；圖12是c011在熱處理前和后(c011b)與三斜磷鈣石的參考譜圖的比較；圖13是b007與氟磷灰石的參考譜圖的比較；圖14是cap凝膠粉末與透鈣磷石的參考譜圖的比較；圖15顯示未摻雜的透鈣磷石晶體(a001)的sem圖像；圖16顯示摻雜的透鈣磷石晶體(c011)的sem圖像；圖17顯示c011b的摻雜的三斜磷鈣石晶體和c012b的摻雜的三斜磷鈣石晶體的sem圖像；圖18顯示(a)3kx下的cap凝膠顆粒和(b)4kx下的cap凝膠顆粒的sem圖像；圖19是透鈣磷石、干的cap凝膠和三斜磷鈣石的熱分析；圖20是bohlingeminiii流變儀和錐板的幾何形狀；圖21是a)所測試和與傳統(tǒng)流體比較的三個(gè)樣品的粘度結(jié)果和b)用sisko模型擬合粘度數(shù)據(jù)的結(jié)果；圖22a(左圖)顯示結(jié)合有酸腐蝕的牛切齒的生物礦物質(zhì)。在圖22b(右圖)中，小的柱狀物是進(jìn)行激光輻射的區(qū)域，之后在口腔ph環(huán)境中使用200g刷子每天加載4次對牛切齒進(jìn)行測試并持續(xù)3周刷牙試驗(yàn)。圖23顯示了用于制造中空骨形狀以研究骨誘導(dǎo)、傳導(dǎo)和骨整合的鑄造水凝膠材料；圖24a(左圖)是激光結(jié)晶凝膠粉末的x射線粉末衍射圖，其衍生自圖23所示的鑄造材料。在激光結(jié)晶之前，水凝膠很大程度上是無定形的，如圖24b(右圖)所示；圖25顯示了在25℃下在與透鈣磷石晶體(10:1比)混合后殼聚糖和正硅酸鹽的混合物的粘度測量結(jié)果；圖26示出了a)在激光輻射之前和b)在激光輻射(fs-p1ghz重復(fù)頻率，30μm斑點(diǎn)尺寸和0.4w平均功率)之后用實(shí)施例5的水凝膠制劑涂覆的釉質(zhì)樣品；和圖27是a)正硅酸鹽水凝膠制劑與b)殼聚糖和正硅酸鹽水凝膠制劑的涂層比較。實(shí)施例1合成使用不同的方法合成兩批cap凝膠。對于批料1，在連續(xù)攪拌下將37.5ml0.1m的(nh4)2hpo4溶液滴加到75ml0.1m的ca(no3)2·4h2o溶液中。然后在連續(xù)攪拌下滴加各3.75ml的0.1m的yb(no3)3·5h2o溶液和nh4f溶液。將混合物攪拌約24小時(shí)，然后在攪拌下加入30ml正硅酸四乙酯。將溶液攪拌約2小時(shí)，然后在約25℃下靜置，形成cap凝膠。對于批料2，在連續(xù)攪拌下將10ml正硅酸鹽滴加到25ml的0.1m的ca(no3)2·4h2o溶液中。還加入12.5ml的0.1m的(nh4)2hpo4，隨后在連續(xù)攪拌下加入各1.25ml的0.1m的yb(no3)3·5h2o溶液和nh4f溶液。將混合物攪拌約24小時(shí)，然后在約25℃下靜置，形成cap凝膠。用于制備批料2的方法也用于制備摻雜有鈰和氟的cap凝膠和摻雜有鈰、鐿和氟的cap凝膠。表征對cap凝膠進(jìn)行結(jié)構(gòu)、光譜和熱分析。使用干的cap凝膠和粉末的x射線衍射圖譜來鑒定其晶體結(jié)構(gòu)。使用掃描電子顯微鏡來生成樣品表面的三維圖像，其中利用其分辨能力給出樣品分布。該程序包括用金初始涂覆leo短棒，將樣品涂覆在涂覆的leo短棒上，用金涂覆樣品，然后插入sem機(jī)器中。以不同的放大倍數(shù)拍攝圖像。使用能量色散x射線來對樣品進(jìn)行元素分析。使用紫外-可見分光光度法并使用光譜儀來測量樣品的紫外光吸收或透射率。這包括如下制備樣品懸浮液：用蒸餾水稀釋并在超聲浴中與蒸餾水以1:1的比率充分混合約5分鐘，然后轉(zhuǎn)移到樣品架中的比色皿中。觀察到由不同能級引起的吸收光譜，并用于預(yù)測/鑒定樣品中存在的化學(xué)離子。使用拉曼光譜通過分析不同的能量頻率(例如振動或旋轉(zhuǎn))來獲得樣品的身份和晶體取向。也使用ftir光譜并通過給出吸收和發(fā)射光譜來對樣品進(jìn)行鑒定和組成研究。將樣品置于兩個(gè)kbr窗口(當(dāng)測量mir和nir時(shí)，其作為背景運(yùn)行)之間。將cap凝膠加熱至給定溫度，并通過x射線衍射進(jìn)行相分析。通過在非常低的能量(小于10μm)下的激光輻射和800nm的波長下對樣品進(jìn)行消融研究。使用飛秒激光以非常短的時(shí)間間隔(1分鐘)激發(fā)cap凝膠5分鐘，并測量重量變化以確定與水的損失和激光激發(fā)相關(guān)的密度變化。然后通過拉曼和ftir分析消融的cap凝膠，結(jié)果與未消融的cap凝膠進(jìn)行比較。結(jié)果與討論(1)合成從圖1可以看出，在批料1中合成摻雜鐿和氟的cap凝膠的嘗試產(chǎn)生最初處于三相的產(chǎn)物。上層主要由水組成。下層主要由正硅酸四乙酯組成。下面的沉淀物中的粉末狀顆粒主要由ca、p、ce和f相組成。一段時(shí)間后，混合物開始變厚形成cap凝膠，同時(shí)開始發(fā)生水解和擴(kuò)散。上層的水被吸收，粉末相從高濃度區(qū)域分散到較低濃度的區(qū)域。批料2中的產(chǎn)品在約24小時(shí)內(nèi)是相當(dāng)均勻且厚重。首先通過向ca(no3)2.4h2o中加入正硅酸四乙酯，反應(yīng)得到增強(qiáng)。包括正硅酸四乙酯的溶液的攪拌時(shí)間增加有助于加速擴(kuò)散過程，并解釋了批料2中cap凝膠的更快速形成。由于通過擴(kuò)散水解發(fā)生凝膠化，批料2的較低體積提供了優(yōu)于批料1的優(yōu)點(diǎn)。(2)x射線衍射采用handsvolt方法鑒定xrd峰，并采用xperthandsplus軟件，鑒定出不同峰。圖2所示的xrd光譜是典型的無定形材料，并證實(shí)了無定形凝膠的存在。在對應(yīng)于透鈣磷石的點(diǎn)11.38、23.10、29.04和47.70(4,11)處檢測到幾個(gè)峰?？傊纬闪司哂型糕}磷石性質(zhì)的無定形cap凝膠。(3)sem分析cap凝膠顯示出具有羥基磷灰石特征的小片樣結(jié)構(gòu)堆積(見圖3)。采用相分析數(shù)據(jù)來確定樣品中的主要相。因此，從圖2可以看出，cap凝膠主要含有透鈣磷石。(4)能量色散x射線圖4示出部分樣品的edx光譜，并顯示出每個(gè)映射區(qū)域中存在的不同元素。鈣濃度最高，然后是氧化硅，然后是氧和磷酸鹽。發(fā)現(xiàn)非常少量的鈰、鐿和氟。設(shè)備不能檢測到非常低的氫的能量。(5)拉曼光譜從峰值中減去kbr窗口后，獲得并分析了拉曼光譜(圖5)。428.78處的峰歸屬于p-oh彎曲振動，因?yàn)樗鼘?yīng)于po42-離子的v2彎曲振動。586.91處的峰也歸屬p-oh彎曲，因?yàn)樗鼘?yīng)于來自退化彎曲振動的v4振動模式。在875.63、961.91、1048.73和1277.31處的峰歸屬于p-oh伸縮，因?yàn)樗鼈儗?yīng)于對稱的v1伸縮振動。1652.10處的峰歸屬于o-h彎曲，其由水的泛音產(chǎn)生；在～2934.45處的峰歸屬于來自水的o-h伸縮。(6)ftir光譜分析圖6中的ftir數(shù)據(jù)，將對稱v1和不對稱v3模式產(chǎn)生的p-oh伸縮振動歸屬于在666.21和1044.36處觀察到的峰，證實(shí)了磷酸鈣的存在。666.21處的p-oh振動特別歸屬于來自磷灰石性質(zhì)的磷酸酯振動。在1635.29處的峰歸屬于水的o-h彎曲模式。在2075.96處的峰歸屬于來自硅酸鹽膠凝材料的si-h振動。在～2800-3700，存在一個(gè)非常寬的峰，其歸屬于水和hap的氫結(jié)合的o-h伸縮振動。因此，從拉曼和ftir的互補(bǔ)結(jié)果可以看出，在類似的波長下觀察到類似的o-h和p-oh鍵的振動峰。來自水的o-h振動與水凝膠的形成一致，p-oh振動與磷灰石的形成一致。(7)紫外-可見光譜在含有鈰的cap凝膠中，觀察到在271.16附近的峰以及在301.77處的較小峰，其與約300nm的文獻(xiàn)值一致(zinkstoketal.journalofphysics.b,atomic,molecularandopticalphysics:aninstituteofphysicsjournal.,2002,35,pp.2693-2702)。對于鐿摻雜的cap凝膠，在296.50的波長處觀察到峰，其與大多數(shù)文獻(xiàn)綜述(～980nm)是完全不同的，但與zinkstok等人一致，其中測量了三個(gè)uv轉(zhuǎn)變的同位素位移，并且確定了不同同位素的不同波長，其中最接近的波長為267.28nm。(8)cap凝膠的結(jié)晶從圖8的xrd光譜中，沒有任何尖峰，這表明在加熱之前，cap凝膠是無定形的。然而，加熱1小時(shí)后，幾個(gè)寬峰和小峰表明存在從無定形向結(jié)晶相的轉(zhuǎn)變。在進(jìn)一步加熱和分析時(shí)，峰變得更尖銳和更窄，表明結(jié)晶度增加。(9)激光消融cap凝膠的表征在每個(gè)間隔后記錄cap凝膠的重量，并列于表1中。起初，可能由于存在大量的松散礦物質(zhì)，重量損失較高。然而，重量損失的速率隨時(shí)間推移而降低，表明仍然存在少量松散的礦物質(zhì)。時(shí)間(秒)樣品重量(g)043.2686043.19212043.17318043.16124043.14730043.131表1.消融的cap凝膠樣品在不同時(shí)間下的重量圖9顯示，消融和非消融的cap凝膠的ftir光譜只是略有差異，表明發(fā)生了很少變化。首先在1800cm-1之前存在噪音或不存在p-oh峰，而不是尖峰。其次，由于cap凝膠的水分損失，在鑒定為來自水的～2800-3700處的寬峰出現(xiàn)紫移。這些變化證實(shí)了cap凝膠中水的損失和相關(guān)的結(jié)構(gòu)變化。圖10比較了消融和非消融的cap凝膠的拉曼光譜。在1048.73處觀察到磷酸酯鍵振動的相似峰。未觀察到消融的cap凝膠的水峰(對于未消融cap凝膠，在～2934.45處觀察到的水峰)，證實(shí)了水的顯著損失。最顯著的是，在～2605.05處存在來自hpo42-吸收的非常尖銳的峰。很明顯，激光消融導(dǎo)致水的顯著損失和致密化。將拉曼結(jié)果與ftir進(jìn)行比較，圖9中在1800cm-1之前的p-oh峰的消失不能歸因于磷酸酯鍵的丟失或破壞，因?yàn)閜-oh振動峰位于拉曼光譜中的1048.73和1277.31(圖10)。這兩種技術(shù)都示出，水已經(jīng)從具有窄的非常尖銳的hpo42-吸收峰的材料中損失(圖10)，表明發(fā)生結(jié)晶。結(jié)論為了合成摻雜的cap凝膠，將ce、yb和f的硝酸鹽溶液摻入到ca(no3)2.4h2o、(nh4)2hpo4和teos的儲備溶液中。光譜分析顯示存在來自hap和水凝膠的p-oh和o-h鍵。相分析表明，主要是透鈣磷石。sem分析顯示小片樣結(jié)構(gòu)。cap凝膠的激光消融由于水的損失而導(dǎo)致失重、結(jié)構(gòu)改性和致密化。實(shí)施例2本實(shí)施例的目的是開發(fā)合適的材料，其在激光燒結(jié)之后將有效地保護(hù)牙釉質(zhì)免受侵蝕。如下合成四種材料：含有透鈣磷石的材料。含有三斜磷鈣石的材料。含有氟磷灰石的材料。cap凝膠顆粒。材料合成透鈣磷石透鈣磷石的合成可分為以下五個(gè)步驟：(a)1m儲備溶液的制備：對于第一溶液，將47.230g的ca(no3)2·4h2o置于容量瓶中。加入水直到總體積為200ml。將混合物在室溫下恒速攪拌10分鐘。對于第二溶液，將26.411g的(nh4)3po4置于容量瓶中，加入水直到總體積為200ml。將混合物在室溫下恒速攪拌10分鐘。(b)0.1m溶液的制備和預(yù)熱：為了制備0.1m硝酸鈣溶液，將20ml第一儲備溶液用蒸餾水在燒杯(600ml)中稀釋至體積達(dá)到200ml。之后，將溶液置于加熱板上并在連續(xù)攪拌下加熱至37℃。為了制備0.1m的磷酸銨溶液，將20ml第二儲備溶液在燒杯中用180ml蒸餾水稀釋直至體積達(dá)到200ml。將混合物置于200ml的滴定管中。在合成期間，使用k型熱電偶連續(xù)監(jiān)測溫度。(c)原料混合：當(dāng)硝酸鈣溶液達(dá)到37℃時(shí)，通過滴定管滴加磷酸銨溶液(0.1m)。在添加(nh4)3po4期間，注意到溫度略有降低(35℃)。混合后，測定ph值。通常應(yīng)在5.3到5.6之間。(d)添加摻雜劑：測試了兩組不同的摻雜劑。第一組由0.161g氧化鉺(er2o3)、0.033g氟化鈣(caf2)和0.053g磷酸鋁(alpo4)組成。第二組由0.1850g硝酸鉺[er(no3)3·5h2o]、0.033g氟化鈣(caf2)和0.1660g硝酸鋁[al(no3)3·9h2o]組成。在這兩種情況下，將結(jié)晶形式的摻雜劑加入到(nh4)3po4和ca(no3)2·4h2o的混合物中，并在37℃下攪拌1小時(shí)。(e)沉淀，過濾和干燥：將混合物沉降1小時(shí)以進(jìn)行沉淀，然后在濾紙(whatman等級44)上收集透鈣磷石晶體。將晶體在80℃下干燥24小時(shí)。在合成透鈣磷石過程中，改變了幾個(gè)參數(shù)以研究其對最終產(chǎn)品的影響。發(fā)現(xiàn)參數(shù)如ca:p比率和混合時(shí)間(步驟d)對透鈣磷石晶體沒有影響。另一方面，具有更顯著影響的似乎是混合溫度、混合物的ph和添加的摻雜劑的質(zhì)量。三斜磷鈣石將透鈣磷石晶體在200℃的烘箱中放置72小時(shí)。選擇72小時(shí)的時(shí)間以確保使透鈣磷石完全轉(zhuǎn)變?yōu)槿绷租}石，但這可能在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。氟磷灰石對于氟磷灰石的合成，步驟a、b、c和e是相同的，但在步驟d中添加的摻雜劑是不同的。通過用nh4f代替caf2來生產(chǎn)氟磷灰石。nh4f的添加使ph從5.5降低到4.6，同時(shí)nh4f的溶解度高于caf2，因此更多的f-離子可用于與cap晶體反應(yīng)。cap凝膠用于制備cap凝膠的方法可以分為以下四個(gè)步驟：步驟1：將0.033g的nh4f加入到100ml的(nh4)2hpo4溶液(0.1m)中，將混合物攪拌5分鐘。步驟2：將100ml的ca(no3)2·4h2o溶液(0.1m)加熱至37℃。之后，在連續(xù)攪拌下滴加(nh4)2hpo4和nh4f的混合物。同時(shí)，以粉末形式加入0.185gerno3和0.166galno3。將混合物攪拌10分鐘。步驟3：將50ml四乙基正硅酸鹽立即加入到200ml混合物中(1:4的比率)。將混合物在37℃下攪拌約1小時(shí)。步驟4：將混合物在室溫(～25℃)下攪拌72小時(shí)以形成cap凝膠。如果不連續(xù)攪拌混合物，則形成三相。底部是沉淀的cap顆粒。中間是水相。頂部是比水密度低(0.93g/ml)的未反應(yīng)的正硅酸鹽。連續(xù)攪拌促進(jìn)了cap凝膠的均勻性。另一個(gè)重要的觀察結(jié)果是：未摻雜的混合物的凝膠化不完全?？梢哉J(rèn)為其原因是最終ph。通過添加nh4f，ph值約為4.5，而對于未摻雜的cap凝膠，ph值約為5.3。因此，為了生產(chǎn)未摻雜的cap凝膠，必須通過加入酸來調(diào)節(jié)ph。這些方法已被用于制備許多樣品，最具代表性的樣品如表1所示。樣品a001為未摻雜的透鈣磷石，a001b為未摻雜的三斜磷鈣石，b006和b007為氟磷灰石，c011和c012為摻有不同礦物質(zhì)的透鈣磷石，c011b和c012b是相應(yīng)的三斜磷鈣石。表1：所生產(chǎn)的cap礦物質(zhì)的代表性樣品xrd表征使用x射線粉末衍射技術(shù)在使用單色cuka0.154098nm輻射的d8discover，brucker上分析合成的粉末。為了表征粉末，步長為0.062°，掃描范圍在約25分鐘的時(shí)間內(nèi)為5°至70°。在圖11中示出了與透鈣磷石參考圖譜(參考編號01-074-6549)相比較的未摻雜(a001)和摻雜(c011)樣品的圖譜。在這兩種情況下，顯而易見的是，透鈣磷石是主要的相。對于未摻雜的樣品，所有特征峰與參考圖譜匹配(對于2θ11.58、21.09、30、30.6、34.2)。對于摻雜的樣品，透鈣磷石的特征峰存在歸屬于摻雜劑的峰(即29.2處的強(qiáng)峰和48.9處的峰，對應(yīng)于氧化鉺圖譜)。峰的相對強(qiáng)度與參考圖譜非常不同，因?yàn)?1.6度的峰遠(yuǎn)高于其他峰。這是由于透鈣磷石晶體的紋理結(jié)構(gòu)(即多晶樣品的結(jié)晶取向的分布)。在圖12中比較了透鈣磷石晶體(c011)、熱處理之后的樣品(c011b)和三斜磷鈣石的參考圖譜(參考編號00-009-0080)。轉(zhuǎn)變成三斜磷鈣石是明顯的。在樣品c011b中，不存在透鈣磷石的特征峰，但是存在三斜磷鈣石的特征峰(2θ13.24、26.58、28.73、30.30)。存在三斜磷鈣石的紋理結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，因?yàn)榕c參考圖譜相比，在26.58度處的峰相對較高。圖13是樣品b007的圖譜和氟磷灰石的參考圖譜(參考編號04-007-2771)。所有特征峰都是可識別的(2θ10.61、23.08、25.88、28.1、29.09、32.15、33.01、34.14、40.04、46.70)，且不存在紋理結(jié)構(gòu)現(xiàn)象。對于用xrd表征cap凝膠，將少量(20ml)樣品在室溫下放置在燒杯中24小時(shí)以使其干燥成粉末形式。在圖14中比較了cap凝膠的xrd圖譜與透鈣磷石的參考圖譜。很明顯在cap凝膠中存在透鈣磷石，并且同時(shí)存在寬峰(2θ20至30)，這表明存在無定形相(凝膠化的正硅酸鹽)。這種無定形相的存在確保了透鈣磷石晶體的隨機(jī)取向，因此沒有觀察到紋理結(jié)構(gòu)。sem分析使用掃描電子顯微鏡來研究晶體的形狀和尺寸。在圖15中示出了未摻雜的透鈣磷石粉末(a001)的圖像。在這種情況下，晶體具有長度為5-80μm，寬度為3-10μm的薄片形狀。對于摻雜的樣品觀察到相同的特性(圖16)，但是也發(fā)現(xiàn)了未反應(yīng)的摻雜劑(白色顆粒對應(yīng)于氧化鉺)。在透鈣磷石的脫水和其轉(zhuǎn)變?yōu)槿绷租}石之后保留了相同的形狀。透鈣磷石和三斜磷鈣石的唯一區(qū)別是，在第二種情況下，在晶體表面可發(fā)現(xiàn)粗糙區(qū)域(見圖17a和圖17b)。這些粗糙的區(qū)域可以歸因于斷層的形成。在相變期間和通常在晶體的加熱和冷卻過程中出現(xiàn)堆疊的斷層是非常普遍的。透鈣磷石和三斜磷鈣石的薄片形狀有利于顆粒的排列，并且可以解釋在xrd分析過程中觀察到的由于紋理結(jié)構(gòu)引起的高峰。在圖18中可觀察到干的cap凝膠顆粒。主要相是正硅酸鹽聚合物的顆粒，但是也具有可識別的被捕獲在其中的透鈣磷石的薄片狀晶體(參見圖18a和圖18b)。熱分析使用同時(shí)熱分析儀(perkinelmer，sta8000)來研究在加熱過程中發(fā)生的反應(yīng)和相變。實(shí)驗(yàn)在40℃至200℃的范圍內(nèi)以10℃/分鐘的加熱速度進(jìn)行。在圖19中示出了透鈣磷石樣品(a001)、干的cap凝膠和三斜磷鈣石(c011b)的曲線。在透鈣磷石樣品和cap凝膠樣品中，表明在198℃下發(fā)生相變。這是預(yù)料中的，因?yàn)樗砻魉肿訌木w中的去除以及透鈣磷石至三斜磷鈣石的轉(zhuǎn)變。在三斜磷鈣石的情況下，沒有發(fā)現(xiàn)發(fā)生反應(yīng)或相變。粘度測量為了發(fā)展合適的遞送系統(tǒng)以及理解釉質(zhì)表面的涂層機(jī)理，cap凝膠的流變學(xué)測量非常重要。因此，使用了bohlingeminiii流變儀，其上連接了錐板幾何形狀(參見圖20)。測試了三個(gè)樣品：cap凝膠、cap凝膠和透鈣磷石粉末的混合物(10％w/v)以及干的cap凝膠樣品。測量在25℃的穩(wěn)定溫度和1-500s-1的剪切速率下進(jìn)行。圖21示出了樣品的粘度結(jié)果。很明顯，所有樣品都具有剪切稀化行為特征(即粘度隨著剪切速率的增加而降低)。如預(yù)期的那樣，cap凝膠具有最低的粘度，而基本干燥的樣品和上述粉末具有幾乎相同的粘度曲線。發(fā)現(xiàn)樣品比甘油厚得多，但比牙膏稀薄。為了進(jìn)行計(jì)算流體動力學(xué)(cfd)模擬，需要描述流體粘度的模型。通過擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測試了幾種眾所周知的粘度模型(casson、hersheybuckley、sisko、powerlaw)。發(fā)現(xiàn)最適合的是sisko模型(方程1)：方程1結(jié)論分別合成和表征了存在透鈣磷石、三斜磷鈣石、氟磷灰石和cap凝膠的四種材料。用0.1m的ca(no3)2·4h2o和0.1m的(nh4)3po4的溶液在低溫(37℃)下進(jìn)行合成?？梢酝ㄟ^使透鈣磷石脫水(200℃下72小時(shí))來生產(chǎn)三斜磷鈣石，而當(dāng)使用nh4f作為摻雜劑時(shí)形成氟磷灰石。透鈣磷石和三斜磷鈣石晶體似乎基本相同。兩者都是長度為5-80μm且寬度為3-10μm的薄片。進(jìn)行流變測量以確定cap凝膠的粘度。發(fā)現(xiàn)樣品遵循可用sisko模型描述的剪切稀化行為。實(shí)施例3以下簡要概述本發(fā)明方法的其它實(shí)施方案。一般方法使用類似的方法制備凝膠樣品，該方法可以分為以下三個(gè)步驟，即(a)制備儲備溶液；(b)制備溶液和(c)凝膠化。a)制備儲備溶液：使用磁力攪拌器將每種試劑溶解在二次蒸餾水中，得到濃度為0.1m的儲備溶液，將其儲存在封閉的玻璃瓶中。b)制備溶液：在恒定攪拌下將摻雜劑(鈰、氟和鐿)滴加到磷酸銨溶液中，然后將溶液攪拌約2小時(shí)。在另一個(gè)燒杯中，在連續(xù)攪拌下將膠凝材料(正硅酸四乙酯)以1:4的比率滴加到硝酸鈣溶液中，并攪拌約2小時(shí)。之后，在連續(xù)攪拌下將磷酸銨和摻雜劑的溶液混合物滴加到硝酸鈣和正硅酸鹽溶液中。c)凝膠化：將制備的溶液連續(xù)攪拌約24小時(shí)，使凝膠化發(fā)生。凝膠樣品的制備(1)摻雜鈰和氟的磷酸鈣(批料1)：在連續(xù)攪拌下，將7.5ml0.1m的ce(no3)2·4h2o溶液滴加到75ml0.1m的(nh4)2hpo4溶液中。然后在連續(xù)攪拌下，以相同的方式加入7.5ml0.1m的nh4f溶液。-然后，在連續(xù)攪拌下，將含有摻雜劑的90ml磷酸鹽溶液滴加到含有150ml硝酸鈣溶液的燒杯中。-將混合物攪拌約24小時(shí)。-然后將62.5ml正硅酸四乙酯加入到溶液中，并攪拌約1小時(shí)。-將混合物置于約25℃的環(huán)境中形成凝膠。(2)摻雜鈰和氟的磷酸鈣(批料2)：-在連續(xù)攪拌下，將3.75ml0.1m的ce(no3)3·6h2o溶液滴加到37.5ml0.1m的(nh4)2hpo4溶液中。然后以相同的方式在連續(xù)攪拌下加入3.75ml0.1m的nh4f溶液。-將75.5ml0.1m的ca(no3)2·4h2o溶液與62.5ml正硅酸四乙酯混合(隨其加入到鈣溶液中，正硅酸四乙酯的比率增加)。-在連續(xù)攪拌下，將含有摻雜劑的45ml磷酸鹽溶液滴加到含有138mlca(no3)2·4h2o和正硅酸四乙酯溶液的燒杯中。-將混合物攪拌約2小時(shí)。-將混合物置于約25℃的環(huán)境中以形成凝膠。(3)摻雜鈰和氟的磷酸鈣(批料3)：-將3.75ml0.1m的ce(no3)3·6h2o溶液與3.75ml0.1m的nh4f溶液混合，然后滴加到37.5ml0.1m的(nh4)2hpo4中。-將含有摻雜劑的45ml磷酸鹽溶液滴加到含有75.5ml0.1m的ca(no3)2·4h2o溶液的燒杯中，并攪拌約1小時(shí)。-然后向溶液中加入30ml正硅酸四乙酯，并攪拌約2小時(shí)。-將混合物置于約25℃的環(huán)境中以形成凝膠。(4)摻雜鐿和氟的磷酸鈣(批料1)：-在連續(xù)攪拌下，將37.5ml0.1m的(nh4)2hpo4溶液滴加到75ml0.1m的ca(no3)2·4h2o溶液中。-然后在連續(xù)攪拌下滴加各3.75ml的0.1m的yb(no3)3·5h2o溶液和nh4f溶液。-將混合物攪拌約24小時(shí)。-在攪拌下加入30ml正硅酸四乙酯。將溶液攪拌約2小時(shí)。-將混合物置于約25℃的環(huán)境中以形成凝膠。(5)摻雜鐿和氟的磷酸鈣(批料2)：-在連續(xù)攪拌下，將10ml正硅酸鹽滴加到25ml0.1m的ca(no3)2·4h2o溶液中。-在連續(xù)攪拌下，加入12.5ml0.1m的(nh4)2hpo4，隨后加入各1.25ml的0.1m的yb(no3)3·5h2o和nh4f溶液。-將混合物攪拌約3小時(shí)。-將混合物置于約25℃的環(huán)境中以形成凝膠。(6)摻雜鈰、鐿和氟的磷酸鈣(批料1)：-在連續(xù)攪拌下，將10ml正硅酸鹽滴加到25ml0.1m的ca(no3)2·4h2o溶液中。-在連續(xù)攪拌下加入11.25ml0.1m的(nh4)2hpo4，隨后加入各1.25ml的0.1m的yb(no3)3·5h2o、ce(no3)3·6h2o和nh4f。-將混合物攪拌約3小時(shí)。-將混合物置于約25℃的環(huán)境中以形成凝膠。(7)摻雜鈰、鐿和氟的磷酸鈣(批料2)：-在連續(xù)攪拌下，將30ml四正硅酸鹽滴加到75ml硝酸鈣溶液中。-在連續(xù)攪拌下加入33.75ml0.1m的(nh4)2hpo4，隨后加入各3.75ml的0.1m的yb(no3)3·5h2o、ce(no3)3·6h2o和nh4f。-將混合物攪拌約24小時(shí)。-將混合物置于約25℃的環(huán)境中以繼續(xù)凝膠化。實(shí)施例4在1520nm用飛秒激光輻射之前，沉積本發(fā)明的水凝膠制劑層。該層快速形成了比單獨(dú)的生物陶瓷材料如基于磷酸鈣相的材料更光滑和更原始的表面。輻射之后進(jìn)行刷涂試驗(yàn)，證明磷酸鈣相致密化的優(yōu)點(diǎn)及其通過與釉質(zhì)牙質(zhì)表面的快速粘合和粘附來提供耐磨性方面的意義，如圖22a和b所示。水凝膠制劑是用于形成用于牙齒表面的噴霧劑或糊劑的理想選擇，并且可以澆鑄到預(yù)制的礦物結(jié)構(gòu)例如圖23所示的中空管中?？赏ㄟ^控制激光輻射時(shí)間和速度來設(shè)計(jì)玻璃或陶瓷材料的生長。圖24a和24b中所示的x射線衍射光譜證實(shí)了水凝膠制劑中結(jié)晶的開始，這將導(dǎo)致逐漸相轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合結(jié)構(gòu)，其中孔隙率也通過激光誘導(dǎo)致密化來控制。實(shí)施例5如下制備包含殼聚糖的本發(fā)明的水凝膠制劑的一個(gè)實(shí)施方案。步驟1：將1g殼聚糖粉末溶解于100ml乳酸水溶液(2％v/v)中。也可以使用其他酸(例如乙酸)。將混合物在60℃下攪拌1小時(shí)。步驟2：以0.1至0.5％w/v的濃度加入nh4f、er(no3)3·9h2o和sr(no3)2。步驟3：以正硅酸四乙酯:殼聚糖溶液＝1:10的量加入10ml正硅酸四乙酯。將所得混合物在37℃下攪拌1小時(shí)，然后在室溫下攪拌3-5天，直到發(fā)生凝膠化。步驟4：將殼聚糖/正硅酸鹽混合物與透鈣磷石晶體以凝膠:透鈣磷石重量＝10:1的量混合。得到的水凝膠制劑是非牛頓(剪切稀化)懸浮液(參見圖25)。對于控制涂層厚度而言最終粘度是至關(guān)重要的，該最終粘度可以通過改變凝膠:透鈣磷石的比率來調(diào)節(jié)。激光處理將水凝膠制劑以均勻薄層(約20μm)施用于牙釉質(zhì)，并在室溫下干燥10分鐘。使用飛秒脈沖激光器和連續(xù)波(cw)激光器進(jìn)行輻射實(shí)驗(yàn)。在這兩種情況下，均觀察到透鈣磷石晶體的熔化和再礦物化表面的形成(參見圖26)。使用殼聚糖的優(yōu)點(diǎn)將殼聚糖添加到水凝膠制劑中的優(yōu)點(diǎn)是三重的：-產(chǎn)生致密的涂層，其中透鈣磷石晶體均勻分布，同時(shí)它們之間的孔隙率顯著降低。在激光輻射期間，這是非常重要的，因?yàn)樗兄谟行岵⒆罱K有助于材料的燒結(jié)。-與沒有殼聚糖的正硅酸四乙酯水凝膠制劑相比，具有殼聚糖的正硅酸四乙酯水凝膠制劑在釉質(zhì)和鈦樣品上的粘附性較高(參見圖27)。-殼聚糖的存在促進(jìn)細(xì)胞增殖和生長，這對于骨移植物或用于鈦植入物的涂層而言是重要的。當(dāng)前第1頁12