本發(fā)明屬于牙科修復用的生物材料領域，具體涉及一種牙科修復材料及其制備方法。

背景技術：

牙齒中成熟的牙釉質，磷灰石比重占95％，蛋白質和脂類占1％左右，水占4％。釉柱內的礦物質以含鈣、磷的羥基磷灰石(HAP，Ca₁₀(P0₄)₆(OH)₂)為主，純羥基磷灰石屬于六方晶系，釉質中的磷灰石并非純羥基磷灰石晶體，還含有2％～4％的碳酸鹽和1％的非鈣金屬，主要包括微量的Na⁺、K⁺、Zn²⁺、Sr²⁺、Pb²⁺、Ag⁺等。

而齲齒是一種非常常見的口腔疾病，全世界至少有30億多人患有齲病，約占世界總人口的50％。由于齲病是一種慢性病，一般不會危及患者生命，但隨著病情惡化會引起牙髓病、頜骨炎癥等一系列并發(fā)癥，在牙齒不斷被破壞后，會造成殘根甚至牙喪失，進而影響消化系統(tǒng)功能。目前臨床醫(yī)學主要采用填充材料修補齲齒部位，但這些材料和治療方法都存在諸多缺點。因此，尋找牙釉質的人工仿生礦化合成方法以達到對釉質的無損修補，得到了國內外科學家的廣泛關注。

目前齲齒的臨床修復方法一般是采用機械方法去除齲齒部位，再用銀汞合金、符合充填樹脂、烤瓷材料、光固化樹脂貼面材料等對去掉部位進行填充。這種方法的缺點在于：一，樹脂、合金、陶瓷等材料的理化性質與牙齒本身不同，生物相容性不好。使用粘接劑進行粘接的強度并不符合牙齒修復的要求，填充材料難以在牙齒上維持同一數(shù)量級的時間，另外釉質粘接劑的粘接強度基本符合日常咀嚼和咬合的需求，但是本質粘接劑的強度依然不足以滿足要求，當齲齒的損傷深入本質時，填充修復的難度相比釉質粘接大很多；二，樹脂、合金等材料的力學性質達不到天然釉質本身的強度，無法給患者提供同樣的咀嚼范圍；三，機械處理的步驟會除去一些沒有感染的健康的釉質，反而使齲洞變大，使天然釉質部分減少，進一步增大了牙釉質的損傷和牙本質損傷的風險；四，合金多數(shù)與天然釉質顏色不同，影響美觀。

釉柱對牙釉質保護牙齒免受斷裂和酸腐蝕等出色的機械性能方面非常重要。在牙齒發(fā)育過程中，成釉蛋白對釉質的形成和發(fā)育有非常關鍵的作用，隨著牙釉質漸漸成熟，成釉蛋白將被酶解，并最終消失。研究表明，成釉蛋白為釉質晶體的生長提供了成核位點因而促進晶體的形成和生長，同時成釉蛋白也充當釉質晶體定向生長的模板，并且其在保證釉質形成正常六棱柱結構晶體上起到關鍵作用。正是因為成釉細胞的凋亡，導致釉質損傷是永久性的，且無法自行修復，釉質也無法再生。

目前已經(jīng)有研究提出牙釉質微觀結構的無細胞原位修復和再生，包括用雙氧水和磷酸調制糊劑，用水與羥基磷灰石調制糊劑，通過水熱法用Ca-EDTA控制鈣的釋放，用電解沉積方法在硅片基底生長磷酸鈣晶體，在明膠存在下磷酸八鈣棒經(jīng)水熱轉化為HAP納米棒。但這些方法均不能在近生理條件下(1atm，37℃，pH6.0)生長出晶體。目前也有在近生理條件下實現(xiàn)無細胞原位修復的，包括通過水浴反應用HEDTA控制鈣的釋放，用PEO作為絡合劑控制鈣的釋放，瓊脂糖水凝膠模型。

但這些方法生長出的晶體直徑不能保證穩(wěn)定，晶體生長厚度不夠、晶體生長時間過長等問題也阻止其成功應用于臨床醫(yī)學。凝膠狀的有機基質參與細胞活動相互作用，使得釉柱晶體開始初步形成。晶體的生長方式在凝膠狀微環(huán)境中與在水溶液中不同。因此尋找一種模擬凝膠狀微環(huán)境的方法誘導其在人牙釉質上形成釉柱晶體具有可行性。Liu等用Ca²⁺和HPO₄^2-在PEO中擴散形成氟磷灰石晶體。然而，PEO在近生理條件下是溶膠，限制了它在臨床上的應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種牙科修復材料及其制備方法。

本發(fā)明所提供的制備方法，包括如下步驟：

1)將牙釉質、牙本質或鈦片浸泡于磷酸水溶液或過氧化氫與磷酸的混合水溶液中，得到處理后的牙釉質、牙本質或鈦片；

2)將含卡拉膠的硝酸鈣水凝膠與磷酸根離子和氟離子的水溶液混合得到混合溶液，將步驟1)中的處理后的牙釉質、牙本質或鈦片浸泡于所述混合溶液中進行反應，得到所述牙科修復材料。

上述制備方法中，步驟1)中，所述磷酸水溶液的質量分數(shù)為30％～45％，如37％。

所述過氧化氫與磷酸的混合水溶液中，過氧化氫的摩爾濃度為4.9-7.8mol/L，磷酸的摩爾濃度為2.9-7.3mol/L。

所述浸泡的時間為25～40s，如30s。

所述過氧化氫與磷酸的混合水溶液由質量百分含量為85％的磷酸水溶液和質量百分含量為30％的雙氧水以體積比為1：1～4混合得到。

上述制備方法中，步驟2)中，所述含卡拉膠的硝酸鈣水凝膠是通過如下方法制備得到：將卡拉膠、硝酸鈣和水混合得到混合溶液，將所述混合溶液加熱至沸騰，即可得到所述含卡拉膠的硝酸鈣水凝膠，

其中，所述卡拉膠、硝酸鈣和水的比例為1g：0.04～0.16mol：36～144mL，具體可為1g：0.16mol：144mL。

所述卡拉膠的平均分子量為20kDa以上；

所述卡拉膠具體可為κ-卡拉膠。

所述磷酸根離子和氟離子水溶液中的磷酸根離子來自NaH₂PO₄、KH₂PO₄、Na₂HPO₄或K₂HPO₄，如：KH₂PO₄。

所述磷酸根離子和氟離子水溶液中的氟離子來自NaF、KF或NH₄F，如：KF。

所述磷酸根離子和氟離子水溶液中，所述磷酸根離子的摩爾濃度為0.65～0.85mol/L，如：0.75mol/L。

所述氟離子的摩爾濃度為0.15～0.35mol/L，如：0.25mol/L。

所述卡拉膠、所述硝酸鈣、所述磷酸根離子和所述氟離子的量比為1g：0.04～0.16mol：0.062～0.082mol：0.014～0.034mol，具體可為1g：0.16mol：0.072mol：0.024mol。

所述反應的反應溫度35～42℃，如37℃，反應時間為6h～18d，具體可為4d。

本發(fā)明由上述制備方法制備得到的牙科修復材料也屬于本發(fā)明的保護范圍。

此外，本發(fā)明還提供了卡拉膠在調控羥基磷酸鈣和/或氟磷酸鈣晶體生長中的應用。

本發(fā)明提供的制備方法，在近似人體生理條件(37℃，1atm，pH6.0)的環(huán)境中，在離體的人牙釉質表面直接長出了致密的、具有人牙釉質仿生結構的牙科修復材料。該薄膜狀的牙科修復材料的結構與天然的人牙釉質十分類似，具有羥基磷灰石六棱柱晶體和釉質晶柱微結構，且力學性質(彈性模量和納米硬度)與天然的人牙釉質接近。本發(fā)明提供的制備方法，條件溫和、過程簡單、原料便宜，具有臨床應用價值，所制備的牙科修復材有望替代現(xiàn)有的牙科修復材料來修補齲齒或其它牙科疾病造成的釉質損傷，也可以作為窩溝封閉材料用于齲齒的預防。同時，采用同樣的仿生礦化模型，將晶體生長環(huán)境變?yōu)閯討B(tài)，即采用淋洗的方法代替浸泡，能在比浸泡更短的時間內得到棒狀晶體，這為臨床應用中縮短治療時間提供了新途徑。

附圖說明

圖1為實施例1中卡拉膠質量分別為0.05g(圖1a、b)、0.10g(圖1c、d)、0.15g(圖1e、f)、0.20g(圖1g、h)，于37℃恒溫箱中放置4d后，牙釉質表面SEM形貌。

圖2為實施例1中將牙釉質浸泡于質量分數(shù)為0.25％的卡拉膠水凝膠中，并于37℃恒溫箱中分別放置6h(圖2a、b)、12h(圖2c、d)、1d(圖2e、f)、2d(圖2g、h)后，晶體生長情況的SEM圖。

圖3為實施例1中將牙釉質浸泡于質量分數(shù)為0.25％的卡拉膠水凝膠中，并于37℃恒溫箱中分別放置18h后，晶體生長情況的SEM圖。

圖4為實施例1中將牙釉質浸泡于質量分數(shù)為0.25％的卡拉膠水凝膠中，并于37℃恒溫箱中分別放置2d后，得到牙科修復材料，測量得到EDS譜圖。

圖5為實施例1中將牙釉質浸泡于質量分數(shù)為0.25％的卡拉膠水凝膠中，并于37℃恒溫箱中分別放置2d后，得到牙科修復材料，測量得到XRD譜圖。

圖6為實施例1中將牙釉質浸泡于質量分數(shù)為0.25％的卡拉膠水凝膠中，并于37℃恒溫箱中分別放置2d后，得到牙科修復材料，并將其于在40kHz的頻率下超聲1小時，測量得到SEM。

圖7為實施例1中將所述釉質再生基底固定于自制容器，開啟恒流泵，調節(jié)其流速為0.5mL/min，淋洗時間16.7小時，所得到的牙科修復材料的SEM。

具體實施方式

下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。

下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。

下述實施例中的所用的κ-卡拉膠屬于分析純，購自阿拉丁試劑(上海)有限公司。

實施例1、制備牙科修復材料：

1)制備釉質再生基底：取離體的人類磨牙或智齒(由北京大學醫(yī)學口腔中心提供)，用低速金剛石切割機鋸片側面輕輕打磨釉質表面，再沿縱向軸線垂直切得牙齒切片，得到釉質，用質量分數(shù)為37％的磷酸水溶液處理上述牙釉質30s，用去離子水沖去殘余酸液，再放入等離子表面處理器中處理1min取出，作為釉質再生基底待用。

2)制備卡拉膠水凝膠：分別將一系列質量(0.05g、0.10g、0.15g、0.20g)的κ-卡拉膠粉、8mL摩爾濃度為1mol/L的Ca(NO₃)₂水溶液和7.2mL去離子水混合得到混合溶液，并將混合溶液置于微波爐中加熱至溶液沸騰后直接取出后取出，得到硝酸鈣水凝膠；再向硝酸鈣水凝膠中加入4.8mL摩爾濃度為1mol/L KH₂PO₄和KF的混合水溶液(KH₂PO₄與KF摩爾比3：1)，依次得到一系列κ-卡拉膠質量分數(shù)為(0.25％、0.50％、0.75％和1.00％)的水凝膠。

3)制備牙科修復材料：將步驟1)得到的釉質再生基底分別置于步驟1)得到的一系列質量濃度的κ-卡拉膠水凝膠中，并將該反應體系置于37℃的恒溫箱中，反應一定時間(1d、2d、4d、6d、12d、18d)，將反應后的牙釉質用超聲波在去離子水中清洗10min，空氣中自然晾干，得到再生牙釉質(即本發(fā)明的牙科修復材料)。

探討κ-卡拉膠的加入質量對牙科修復材料的影響：控制反應體系中Ca/(P+F)比為1.67，調節(jié)κ-卡拉膠在上述κ-卡拉膠水凝膠(水凝膠模型)中的質量分數(shù)，實驗過程中，采用20mL上述κ-卡拉膠水凝膠，加入κ-卡拉膠質量分別為0.05g、0.10g、0.15g、0.20g，于37℃恒溫箱中放置4d，得到牙科修復材料，其相應的SEM如圖1所示，

其中，圖1a、b中κ-卡拉膠加入質量為0.05g，從圖1a、b可看出：加入κ-卡拉膠質量為0.05g(質量分數(shù)為0.25％)時，生成的晶體直徑約為300～400nm，有明顯的六棱柱結構，是典型的磷灰石晶體。晶體整體有C軸取向性且排列緊密，形成沿棒狀晶體C軸生長的釉質棱柱狀結構的晶體束，與天然牙釉質晶體的外貌特征相吻合。

圖1c、d中κ-卡拉膠加入質量為0.10g，從圖1c、d可看出：0.10gκ-卡拉膠水凝膠模型(質量分數(shù)為0.50％)中制得的晶體緊密，但在放大到20.0μm觀察發(fā)現(xiàn)表面各處生長的晶體厚度較不均勻，在牙根上也得到與牙釉質上同樣的生長效果；

圖1e、f中κ-卡拉膠加入質量為0.15g，從圖1e、f可看出：0.15gκ-卡拉膠水凝膠模型(質量分數(shù)為0.75％)中制得的晶體直徑較小，生長方向雜亂，且表面晶體厚度很不均勻；

圖1g、h中κ-卡拉膠加入質量為0.20g，從圖1g、h可看出：0.20gκ-卡拉膠水凝膠模型(質量分數(shù)為1.00％)中制得的晶體取向性較差，且晶體厚度生長不一致，晶體有成球的趨勢。

從上圖1中可得知：相較而言，質量分數(shù)為0.25％的κ-卡拉膠水凝膠模型制得的再生層的表面形貌與天然釉質非常相似，具有天然釉質具有的六棱柱結構以及團簇狀釉柱。

探討牙釉質在κ-卡拉膠水凝膠中放置的時間對牙科修復材料的影響：控制反應體系中Ca/(P+F)比為1.67，調節(jié)牙釉質在κ-卡拉膠水凝膠中放置的時間，實驗過程中，采用20mL上述κ-卡拉膠質量分數(shù)為0.25％的κ-卡拉膠水凝膠，將牙釉質放置其中，并于37℃恒溫箱中分別放置6h、12h、1d、2d，得到牙科修復材料，其相應的的SEM如圖2所示，

其中，從圖2a、b可看出：放置6h后，棒狀晶體在κ-卡拉膠水凝膠仿生礦化模型處理后被觀察到；從圖2e、f可看出：放置1d后，棒狀晶體漸漸密集；從圖2g、h可看出：放置2d后，棒狀晶體直徑已經(jīng)能達到300～400nm，結晶密集且互相平行，其取向幾乎垂直于底層釉質，并與底層釉質融合?？梢婋S著時間的增長，得到的晶體表面形貌更接近天然釉質。

進一步通過測量于37℃恒溫箱中分別放置18h后而得到再生牙釉質晶體，選擇了牙根作為晶體生長的基底，通過圖3中的SEM圖，可觀察到：此時晶體生長的厚度大致為5μm左右。

將采用20mL上述κ-卡拉膠質量分數(shù)為0.25％的卡拉膠水凝膠，將牙釉質放置其中，并于37℃恒溫箱中分別放置2d，得到牙科修復材料，對該樣品的化學組成進行EDS和XRD表征。

從圖4中的EDS譜圖可得知：所述牙科修復材料的Ca/P為2.06，F(xiàn)/Ca為0.05。羥基磷灰石(HA)或氟羥基磷灰石(FHA)中的Ca/P為1.67，所述牙科修復材料的Ca/P與其較為接近，在EDS分析誤差允許范圍內。F/Ca為0.05，其值低于氟羥基磷灰石而高于羥基磷灰石，故再生釉質中有一部分羥基磷灰石被氟化了，與天然釉質的化學組成也是一致的；

從圖5中的XRD譜圖可得知：所述牙科修復材料的(002)的衍射峰在2θ＝25.5°，(211)在2θ＝31.8°，(300)在2θ＝32.6°，符合含氟羥基磷灰石(HA)的峰(JCPDS no.09-0432)，表明：所述牙科修復材料為含氟羥基磷灰石。尖銳的(002)峰表明晶體結晶良好，并沿著C軸取向，與SEM觀察到的結果一致；2θ在32°左右衍射峰為分裂峰，說明含氟羥基磷灰石有良好結晶性。

將采用20mL上述κ-卡拉膠質量分數(shù)為0.25％的卡拉膠水凝膠，將牙釉質放置其中，并于37℃恒溫箱中分別放置2d，得到牙科修復材料，對該樣品的化學組成進行力學性能測試：將牙科修復材料于在40kHz的頻率下超聲1小時，再測其SEM，相應的測試結果如圖6所示，從圖6可得知：所述牙科修復材料仍然牢牢地與天然釉質相結合，表明：原位修復的釉質與天然釉質并非簡單的粘附或者吸附，而是經(jīng)過成核中心形成晶體緊密與基底結合。

進一步，將1.25g的κ-卡拉膠粉與200mL 1mol/L Ca(NO₃)₂，180mL去離子水混合，放在磁力攪拌器上加熱攪拌使之充分溶解后取下，得到硝酸鈣水凝膠；再向溶液中加入1mol/L KH₂PO₄和KF混合溶液(KH₂PO₄與KF摩爾比3：1)120mL，制備κ-卡拉膠水凝膠仿生礦化模型，將所述釉質再生基底固定于自制容器，開啟恒流泵，調節(jié)其流速為0.5mL/min，淋洗時間約16.7小時。淋洗后的釉質，用超聲波在去離子水中清洗10min，在空氣中自然晾干，相應的SEM測試結果如圖7所示，從圖7可得知：有晶體沉積到釉質表面，且晶體為棒狀結構，有成棱柱狀的趨勢。