本發(fā)明屬于口腔醫(yī)學(xué)種植體材料領(lǐng)域，涉及一種仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、種植修復(fù)是牙齒缺失治療的重要手段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國種植牙需求量高達(dá)4000萬顆/年，通過種植修復(fù)恢復(fù)口頜健康。種植修復(fù)牙齒缺失的過程中，種植體上部(基臺(tái)、牙冠)是種植修復(fù)成敗的關(guān)鍵。目前，臨床上常用的基臺(tái)材料為鈦及鈦合金材料，常用的牙冠修復(fù)材料為氧化鋯、氧化鋁或二硅酸鋰全瓷材料。金屬材料不利于牙齒美學(xué)修復(fù)，全瓷材料彈性模量高、硬度大、脆性大、粘彈性低，力學(xué)性能與天然牙適配性差，存在對(duì)頜天然牙磨損及折斷風(fēng)險(xiǎn)。而且它們的結(jié)構(gòu)組成多集中于單一尺度、單一組分，導(dǎo)致材料綜合性能不足，與天然牙存在功能差距，無法實(shí)現(xiàn)一種材料滿足基臺(tái)+牙冠一體化修復(fù)的要求。傳統(tǒng)的牙冠制作方法是一體化設(shè)計(jì)后，將基臺(tái)和牙冠彼此獨(dú)立的二者加工后再粘接在一起，這可能導(dǎo)致粘接界面空間不足、牙冠脫落、牙冠或基臺(tái)折斷、粘接劑溢出等臨床常見并發(fā)癥。此外，對(duì)于種植修復(fù)空間有限的患者來講，二者分開修復(fù)常常要求更大的咬合空間，難以完成。因此，種植體上部修復(fù)難以做到真正的仿生，不利于種植體上部修復(fù)遠(yuǎn)期效果，嚴(yán)重者甚至最終導(dǎo)致種植失敗。綜上，發(fā)展與天然牙組分結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能一致，并實(shí)現(xiàn)基臺(tái)和牙冠一體化設(shè)計(jì)的植體上部修復(fù)功能材料具有重要科學(xué)意義和工程價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料、制備方法及應(yīng)用，作為口腔醫(yī)學(xué)種植體上部修復(fù)材料，用于口腔種植體基臺(tái)和牙冠的一體化制備。本發(fā)明通過制備并合成具有多級(jí)次、多尺度、多組分整體取向結(jié)構(gòu)的三維陶瓷羥基磷灰石納米線/高分子有機(jī)聚合物塊體復(fù)合材料，基于其高強(qiáng)、高韌、高硬和高黏彈機(jī)械性能效果用于種植體上部牙冠及基臺(tái)材料的制作；隨后利用其表面形貌結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，探究材料表面微環(huán)境對(duì)軟組織愈合及封閉影響，進(jìn)而為仿生牙釉質(zhì)材料用于牙冠修復(fù)及軟組織封閉的“一體化”種植上部修復(fù)方案提供設(shè)計(jì)思路和科學(xué)依據(jù)。

2、本發(fā)明中，所述多級(jí)次是指基于陶瓷羥基磷灰石納米線取向排列的基體結(jié)構(gòu)；基于陶瓷羥基磷灰石納米線的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)；基于晶體陶瓷羥基磷灰石納米線和非晶高分子有機(jī)聚合物的晶體/非晶界面結(jié)構(gòu)。

3、所述多尺度是指納米尺度設(shè)計(jì)：陶瓷羥基磷灰石納米線的直徑尺寸為20-30nm；晶體陶瓷羥基磷灰石納米線/非晶高分子有機(jī)聚合物構(gòu)筑的晶體/非晶界面(納米力學(xué)增強(qiáng)單元)；微米尺度設(shè)計(jì)：將微米長度的陶瓷羥基磷灰石納米線與高分子有機(jī)聚合物進(jìn)行取向組裝，制備的復(fù)合薄膜的厚度為20-100μm(微米力學(xué)增強(qiáng)單元)；宏觀尺度設(shè)計(jì)：將復(fù)合薄膜通過熱壓工藝進(jìn)行模塊化組裝，制備宏觀尺度厚度的陶瓷羥基磷灰石納米線/高分子有機(jī)聚合物復(fù)合材料。

4、所述多組分是指無機(jī)羥基磷灰石組分，高分子聚合物組分，無機(jī)晶體/聚合物非晶界面組分。

5、所述整體取向結(jié)構(gòu)是指羥基磷灰石在高分子聚合物基體中的單一取向。

6、本發(fā)明的一種用于口腔種植體基臺(tái)和牙冠一體化制作的仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料，其中所述仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料中含有陶瓷羥基磷灰石納米線作為晶體增強(qiáng)相，和高分子有機(jī)聚合物作為非晶增韌相：所述陶瓷羥基磷灰石納米線是一種微納米陶瓷納米線，長度為5～10μm，直徑為20-30nm；所述非晶高分子有機(jī)聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚乙烯醇(pva)或者蠶絲蛋白等。

7、所述用于口腔種植體基臺(tái)和牙冠一體化制作的仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料的硬度為2.5～5.5gpa，模量可達(dá)40～60gpa，粘彈性損失因子為tanδ＝0.03-0.04，粘彈性品質(zhì)因子為1.5-2.5。

8、本發(fā)明還提供了具有一種多級(jí)次、多尺度、多組分整體取向結(jié)構(gòu)用于口腔種植體基臺(tái)和牙冠一體化制作的仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟：

9、步驟一、陶瓷羥基磷灰石納米線的制備：鈣鹽、磷酸鹽在強(qiáng)堿溶液中混合、加熱、冷卻、離心和冷凍干燥；

10、步驟二、高分子有機(jī)聚合物溶液的制備：將聚乙烯醇或蠶絲蛋白溶于水；和/或，將聚甲基丙烯酸甲酯溶于n，n-二甲基甲酰胺或丙酮中，獲得高分子有機(jī)聚合物溶液；

11、步驟三、將所述步驟一中獲得的所述陶瓷羥基磷灰石納米線加入到所述步驟二中獲得的所述高分子有機(jī)聚合物溶液中攪拌形成懸濁液，將所述懸濁液倒入玻璃基板上，單向刷涂，形成復(fù)合薄膜，將所述復(fù)合薄膜裁切、層疊、熱壓制備獲得所述仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料。

12、具體地，步驟一進(jìn)一步包括如下步驟：

13、步驟1.1、混合油酸、水、乙醇并攪拌，獲得混合溶液；

14、步驟1.2、用水分別溶解氫氧化鈉、氯化鈣、磷酸二氫鈉，溶解后依次滴加到所述步驟1.1中獲得的混合溶液中；

15、步驟1.3、加熱反應(yīng)，冷卻后離心，將離心后的樣品加入到堿性溶液中，加熱攪拌反應(yīng)；

16、步驟1.4、將所述步驟1.3中獲得的產(chǎn)物樣品離心，并冷凍干燥，獲得陶瓷羥基磷灰石納米線。

17、所述步驟1.1中，所述油酸、所述水、所述乙醇的體積比為(5-15)：(5-15)：(5-7)；所述攪拌時(shí)間為15-45分鐘，所述攪拌速度為100-500r/min；優(yōu)選地，所述油酸、所述水、所述乙醇的體積比為10:5:5，所述攪拌時(shí)間為15分鐘，所述攪拌速度為200r/min；和/或，

18、所述步驟1.2中，所述氫氧化鈉的溶液質(zhì)量濃度為50-150mg/ml，所述氯化鈣的溶液質(zhì)量濃度為20-50mg/ml，所述磷酸二氫鈉的溶液質(zhì)量濃度為30-80mg/ml；所述氫氧化鈉的溶液滴加量為10-15ml，所述氯化鈣的溶液滴加量為10-15ml，所述磷酸二氫鈉的溶液滴加量為10-20ml；滴加完成后分別攪拌10-30min，所述攪拌速度為100-500r/min；優(yōu)選地，所述氫氧化鈉的溶液質(zhì)量濃度為95mg/ml，所述氯化鈣的溶液質(zhì)量濃度為30mg/ml，所述磷酸二氫鈉的溶液質(zhì)量濃度為50mg/ml；所述氯化鈣的溶液滴加量為10ml，所述磷酸二氫鈉的溶液滴加量為10ml，滴加完成后分別攪拌10min，所述攪拌速度為200r/min；和/或，

19、所述步驟1.3中，所述加熱反應(yīng)的溫度為90-200℃，所述加熱反應(yīng)的時(shí)間為12-24h；所述堿性溶液包括氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液；所述加熱攪拌反應(yīng)的反應(yīng)溫度為50-90℃，所述加熱攪拌反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為5-12h，所述攪拌速度為100-500r/min；優(yōu)選地，所述加熱反應(yīng)的溫度為90℃，所述加熱反應(yīng)的時(shí)間為12h；所述堿性溶液包括氫氧化鈉溶液；所述加熱攪拌反應(yīng)的反應(yīng)溫度為50℃，所述加熱攪拌反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為5h；所述攪拌速度為200r/min；和/或，

20、所述步驟1.4中，所述步驟1.3的樣品在轉(zhuǎn)速為5000-10000r/min條件下進(jìn)行離心水洗，每次水洗3-8遍，每遍3-5分鐘。離心的樣品冷凍干燥24-48h后進(jìn)行收集。優(yōu)選地，所述樣品在轉(zhuǎn)速為8000r/min條件下進(jìn)行離心水洗，每次水洗3遍，每遍3分鐘；離心的樣品冷凍干燥48h后進(jìn)行收集。

21、所述步驟二中，所述聚乙烯醇或所述蠶絲蛋白的溶解溫度為25-50℃；和/或，所述聚甲基丙烯酸甲酯的溶解溫度為70-90℃；優(yōu)選地，所述聚乙烯醇的溶解溫度為30℃；所述蠶絲蛋白的溶解溫度為30℃；所述聚甲基丙烯酸甲酯的溶解溫度為90℃；和/或，

22、所述高分子有機(jī)聚合物溶液的濃度為20mg/ml-100mg/ml；優(yōu)選地，所述聚乙烯醇溶液或所述蠶絲蛋白溶液的濃度為40mg/ml；所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液的濃度為20mg/ml；和/或，

23、所述步驟三中，所述懸濁液在20～50℃的溫度下攪拌獲得，攪拌速度為200-600r/min，攪拌時(shí)間為12-48h，所述陶瓷羥基磷灰石納米線在所述高分子有機(jī)聚合物溶液中的濃度為0.01g/ml-0.1g/ml；優(yōu)選地，所述陶瓷羥基磷灰石納米線加入到所述聚乙烯醇溶液或所述蠶絲蛋白溶液形成的懸濁液在30℃溫度下攪拌獲得，所述攪拌速度為200r/min，所述攪拌時(shí)間為48h，所述陶瓷羥基磷灰石納米線在所述聚乙烯醇溶液或所述蠶絲蛋白溶液中的濃度為0.04g/ml；和/或，所述陶瓷羥基磷灰石納米線加入到所述聚甲基丙烯酸甲酯形成的懸濁液在25℃溫度下攪拌獲得，所述攪拌速度為250r/min，所述攪拌時(shí)間為24h，所述陶瓷羥基磷灰石納米線在所述聚甲基丙烯酸甲酯溶液中的終濃度為0.05g/ml；和/或，

24、所述玻璃基板的溫度為70-120℃，所述單向刷涂的速度為1-3cm/s；優(yōu)選地，當(dāng)懸濁液組分為所述聚乙烯醇或所述蠶絲蛋白和所述陶瓷羥基磷灰石納米線時(shí)，所述玻璃基板的溫度為90℃，所述單向刷涂的速度為2cm/s；和/或，當(dāng)懸濁液組分為所述聚甲基丙烯酸甲酯和所述陶瓷羥基磷灰石納米線時(shí)，所述玻璃基板的溫度為100℃，所述單向刷涂的速度為1cm/s；和/或，

25、所述復(fù)合薄膜的裁切尺寸大小為(2-10)cm×(2-10)cm；所述熱壓的溫度為40-60℃，所述熱壓的壓力為5-20mpa，所述熱壓的時(shí)間為12-24h。優(yōu)選地，所述復(fù)合薄膜的裁切尺寸大小為3cm×3cm正方形；當(dāng)復(fù)合薄膜由所述聚乙烯醇或所述蠶絲蛋白和所述陶瓷羥基磷灰石納米線制備而得，初步熱壓的溫度為40℃，熱壓的壓力為5mpa，熱壓的時(shí)間為12h，之后調(diào)整為熱壓溫度為60℃，熱壓壓力為20mpa，熱壓的時(shí)間為24h；和/或，當(dāng)復(fù)合薄膜由所述聚甲基丙烯酸甲酯和所述陶瓷羥基磷灰石納米線制備而得，所述熱壓的溫度為40℃，所述熱壓的壓力為20mpa，所述熱壓的時(shí)間為24h。

26、在本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方案中，

27、1)陶瓷羥基磷灰石納米線(晶體組分合成)，其納米線尺寸范圍為直徑20-30nm，長度5-10μm的結(jié)晶相羥基磷灰石，合成過程如下：

28、1.用移液管量取5-15ml油酸，用量筒量取5-15ml水以及5-7ml乙醇加入到燒杯中，在室溫下攪拌15-45min，轉(zhuǎn)速為200r/min；

29、2.稱取10-22.5g氫氧化鈉溶于150-200ml水中，超聲攪拌至完全溶解，然后用量筒量取15ml溶液轉(zhuǎn)移至漏斗中并開始滴加，全部滴加完成后，攪拌10-30min，轉(zhuǎn)速為200r/min；

30、3.稱取4-5g氯化鈣溶于100-200ml水中，超聲攪拌至完全溶解，然后用量筒量取10-15ml溶液轉(zhuǎn)移至漏斗中并開始滴加，全部滴加完成后，攪拌10-30min，轉(zhuǎn)速為200r/min；

31、4.稱取7.5-16g磷酸二氫鈉溶于200-250ml水中，超聲攪拌至完全溶解，然后用量筒量取10-20ml溶液轉(zhuǎn)移至漏斗中并開始滴加，全部滴加完成后，攪拌10-30min，轉(zhuǎn)速為200r/min；

32、5.攪拌結(jié)束后將樣品轉(zhuǎn)移至100ml水熱釜中，在90-200℃下反應(yīng)12-24h，結(jié)束后自然冷卻；

33、6.將冷卻后的樣品進(jìn)行離心，倒去水熱釜內(nèi)襯上層漂浮物，用水沖洗倒入50ml離心管進(jìn)行離心，結(jié)束后將樣品用少量水轉(zhuǎn)移至氫氧化鈉或氫氧化鉀的溶液中，在50-90℃下攪拌5-12h，轉(zhuǎn)速200r/min；

34、7.攪拌結(jié)束后對(duì)樣品進(jìn)行離心，然后用少量水轉(zhuǎn)移至燒杯中，在室溫下進(jìn)行攪拌，定容，冷凍干燥。

35、2)用于口腔種植體基臺(tái)和牙冠一體化制作的仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟：

36、1.在25-50℃下將高分子pva或蠶絲蛋白溶于水溶液；和/或，在70-90℃下將pmma溶于n，n-二甲基甲酰胺中，攪拌至完全溶解得到無色透明溶液；所得的高分子有機(jī)聚合物的濃度為20mg/ml-100mg/ml；

37、2.取第1步中得到的無色透明溶液，加入預(yù)先制備好的晶體陶瓷羥基磷灰石納米線，在20～50℃下攪拌至均勻的白色懸濁液。所述陶瓷羥基磷灰石納米線在無色透明高分子有機(jī)聚合物溶液中的濃度范圍為0.01g/ml至0.1g/ml；

38、3.將第2步中得到的白色懸濁液倒入預(yù)先加熱的玻璃基板上，用商業(yè)毛刷在溫度范圍為70-120℃玻璃基底上以約1-3cm/s的速度進(jìn)行單向刷涂滑動(dòng)，在滑動(dòng)過程中，隨著高溫溶液蒸發(fā)過程，最終復(fù)合薄膜形成于玻璃基底上；

39、4.將第3步中獲得的復(fù)合薄膜進(jìn)行一定尺寸的裁剪，尺寸大小為(2-10)cm×(2-10)cm，將少量水或者n，n-二甲基二酰胺噴涂至薄膜的表面，將薄膜進(jìn)行層疊，并在熱壓溫度為40-60℃、熱壓壓力為5-20mpa的情況下熱壓12-24h。

40、5.制備出納米線彼此定向平行、形成微納米尺寸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和空間各向異性明確的與天然牙晶體-無定形體結(jié)構(gòu)類似的仿生牙釉質(zhì)材料，用于種植體上部基臺(tái)及牙冠制作。

41、本發(fā)明還提供了上述仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料、或仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料的制備方法在口腔醫(yī)學(xué)臨床牙冠、口腔種植體上部愈合基臺(tái)、修復(fù)基臺(tái)及基臺(tái)一體冠制備中的應(yīng)用。

42、本發(fā)明的有益效果包括：本發(fā)明提供一種仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料，其具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)制備的陶瓷羥基磷灰石納米線尺寸均一，結(jié)晶性好，2)晶體陶瓷羥基磷灰石納米線和非晶高分子有機(jī)聚合物復(fù)合，構(gòu)筑晶體/非晶界面，3)通過單向刷涂的方法可以制備具有納米線取向結(jié)構(gòu)的大尺寸復(fù)合薄膜，4)通過簡易，規(guī)模化的熱壓工藝，將復(fù)合薄膜組裝為多級(jí)次、多尺度、多組分整體取向結(jié)構(gòu)的宏觀三維塊體材料，并用于種植體上部基臺(tái)和牙冠一體化設(shè)計(jì)。同時(shí)，可以宏觀制備大的塊體材料(三維尺寸達(dá)到厘米水平)，所述仿生牙釉質(zhì)復(fù)合材料力學(xué)強(qiáng)度與天然牙釉質(zhì)接近，可以用于種植體上部基臺(tái)(比現(xiàn)在大范圍使用的金屬基臺(tái)更美觀、軟組織愈合促進(jìn)作用更強(qiáng))的效果。