一種生物玻璃顆粒材料及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于緩解人體牙齒敏感并封閉牙本質(zhì)小管的生物活性無機超細 顆粒材料，屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 1969年美國佛羅里達大學Larry L. Hench教授等人首先發(fā)現(xiàn)了一種由化0、Si化、 P2〇e和化2〇組分的化合物燒制而成的玻璃粉末在體液或者模擬體液內(nèi)誘導類骨磯灰石沉 積，能與活體骨組織形成骨性化學鍵合，并發(fā)展成為臨床應用的骨修復材料（商品名；45S5 Bioglass篡:）。該一材料的發(fā)現(xiàn)和應用，使得人們對生物活性的內(nèi)涵和生物活性材料的設(shè)計 有了全新的認識。迄今為止，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不少W巧-娃（Ca〇-Si〇2)為基礎(chǔ)的非晶玻璃、 玻璃陶瓷材料能與骨組織發(fā)生直接結(jié)合，植入體與組織界面區(qū)域不會形成非黏連性纖維層 隔膜。比較W往的金屬、合金材料W及磯酸巧類材料，生物玻璃在骨損傷修復效果上有了很 大改善和提高（美國專利US6338751)。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，上述45S5生物玻璃（組成標準配方為Si〇2;45wt%，CaO; 24. 5wt%，化2〇;24. 5%，P2〇5;6.0wt% )材料W燒結(jié)微顆粒體、生理液調(diào)和形成的糊狀 物或者與生物相容性有機分子復合的系列材料被廣泛研究，并部分得到臨床應用。譬如， 臨床上多W顆粒粉末扣S4815046)、糊狀物等用于牙周病治療（倍骼生，Perioglas?)、非 應力集中骨損傷再生修復（固骼生，Nov油one?)、增白牙齒及降低口腔微生物生存活力 扣S6190643)、消除皮膚病炎癥和微生物感染（中國專利99802296. 9和99813123. 7)，并在 人工關(guān)節(jié)表面涂層改性應用（美國專利US6299930和5977204)、加速燒傷和創(chuàng)傷愈合（肌 膚生，Dermglas?;中國專利03109623. 9和97191524. 5)和治療潰瘍及糜爛性傷口敷料中 具有良好療效（中國專利200410018370. 4)。
[0004] 近年來，人們依據(jù)45S5生物玻璃良好的促進仿生再礦化特性，開展人體口腔脫 敏方面的研究和應用，W高溫鍛燒制備的化〇-Si〇2-P2〇e-Na2〇四元氧化物45S5生物玻璃 為主要成分，開發(fā)了多種脫敏牙膏品牌或脫敏劑，譬如中美史克舒適達品牌旗下諾華敏牙 膏（NovaMin?;中國專利97193085. 6)和北京大清的奧敏清牙齒脫敏劑等等眾多品牌都是 利用45S5生物玻璃顆粒作為主要脫敏成分，開展口腔領(lǐng)域的應用。其次，湖北頂盛生物與 武漢大學聯(lián)合研發(fā)的一一鎖強化生物玻璃和頂盛健齒膏品牌（中國專利CN101407373A)， 該生物活性玻璃是在上述45S5生物活性玻璃組成的基礎(chǔ)上增加了其它無機氧化物組分形 成的，按重量百分比計，各組分含量為Si〇2;40~70%，CaO;10~36%，？2〇5,2~8%， SrO;0. 5 ~10%，化2〇 ;10 ~35%，CaF;20 ~25%，B203;0 ~10%，K20 ;〇 ~8%，MgO; 0~5%。由于該生物活性玻璃中含有SrO、MgO等氧化物會抑制該種鎖強化生物活性玻 璃的早期表面活性，所謂的抗牙本質(zhì)過敏效應較為緩慢；同時抗牙菌斑是借助其CaFs組 分溶解析出的F離子，需要長期使用才能達到一定效果。此外，長春理工大學也據(jù)此申報 了鎖強化生物活性玻璃陶瓷專利（專利號CN20101053273. 0)，玻璃相與微晶相哲基磯酸 鎖巧（CarsSr(P〇4)6(〇H)2)的復合物，其組成成分重量百分比Si〇2;30~50%，Ca0 ;8~ 45%，化2〇 ;24. 5%，P205;5~25%，ZnO;1 ~10%，Ag0:0. 05 ~1%。微晶玻璃陶瓷的早 期生物活性更為低下，因而抗牙敏效率和效果也難W保障。
[0005] 其次，一些現(xiàn)有技術(shù)方案中，還存在一些含Al2〇3成分的玻璃態(tài)材料用于抗菌用 途，如中國專利（公開號CN1373998A)公開的一種AI2O3-P2O5磯酸鹽玻璃小球，作為家 具用品和塑料制品的添加劑，或者用于抗菌、水處理劑、緩釋性肥料等，WAI2O3作為穩(wěn)定 劑，W利于所含Ag\ Sn4\化"等的緩釋，但是該個體系中具有嚴重健康風險的組分，因而 不適宜于口腔保健。德國肖特股份公司先后申報的中國專利抗菌性棚娃酸鹽玻璃（公 開號CN1753840A)和不溶于水并具有抗微生物表面的生物玻璃（公開號CN1856453A、 CN1937989A)，前者運用高溫烙融-干式研磨粉碎工藝制備出快速離析相-慢速離析相相 結(jié)合的玻璃，并通過鋒或銀來實現(xiàn)殺滅或抑制細菌、真菌、病毒等，該類采用烙融和研磨粉 化的玻璃顆粒存在尖銳棱角，形態(tài)極為不規(guī)則，如若用于口腔護理，顆粒物與牙面接觸摩擦 時，極易劃傷牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)；后者則是對烙融制備的不溶于水的玻璃顆粒表面通過鹽浴 離子交換法、賠燒等后續(xù)處理富集抑菌性強的金屬氧化物到玻璃顆粒表面來實現(xiàn)抗菌目 的，該類生物玻璃顆?；w極為穩(wěn)定，在口腔唾液水性環(huán)境難W釋出基體的巧、磯離子等， 同時也因高度惰性，不僅無法實現(xiàn)較快地再礦化，對快速脫敏、抗牙銀出血等缺乏基本功 效；該類玻璃通常用于與樹脂、聚合物等復合形成粘結(jié)物，進行牙體缺損的補牙，W期改善 補牙材料的抗菌性能（公開號CN1937989A)。此外，肖特股份公司還公開了一種運用物理氣 相沉積法（PVD)、化學氣相沉積（CVD)或火焰熱解方法制造的小于1微米尺度的的玻璃粉體 (公開號CN101094818A)，該類制備方法所得的玻璃可W控制顆粒度在納米級水平，賦予抗 炎和抗菌等常規(guī)性能，但是無法實現(xiàn)對納米級顆粒表面的超微結(jié)構(gòu)進行精細調(diào)控，實現(xiàn)其 表面層在水溶性環(huán)境的特異性刺激-響應行為。
[0006] 牙齒敏感，或者牙敏，是指暴露的牙本質(zhì)因遇到酸、甜、冷、熱食物、飲品等刺激產(chǎn) 生的短暫而尖銳的疼痛。牙齒敏感并不能被診斷為其他牙體缺損和疾病，它所產(chǎn)生的疼痛 對某些人可能僅造成少量的不便，但對于其他患者卻可能會產(chǎn)生慢性的不適W及情感壓 力，例如逐漸改變飲食習慣，拒絕冷，熱，酸，甜等刺激性食物，或者是在品嘗美食時因為尖 銳的疼痛而令愉悅的屯、情變得沮喪。當然，牙齒敏感者往往伴發(fā)一些慢性牙齒或口腔病變。
[0007] 本質(zhì)上，牙敏緩解甚至徹底消除是由牙髓感覺神經(jīng)受到外界刺激的強度和頻率密 切相關(guān)?？焖倬徑庋浪枭窠?jīng)經(jīng)受外界刺激并且長期性完全避免牙髓敏感神經(jīng)與外界刺激因 素的直接接觸是解決該類臨床的最佳途徑和理想效果。據(jù)此可見，生物活性玻璃的顆粒度、 顆粒形態(tài)W及早期降解溶出離子組合物特性是決定脫敏效率W及長期效果的關(guān)鍵因素，但 是長期被廣泛忽略。細致分析可見，高溫烙融制備的45S5生物玻璃、鎖強化生物活性玻璃 陶瓷等粉末的顆粒度是通過高能球磨的強度和時間控制的，但是球磨加工的粉體顆粒尺度 分布范圍寬，往往存在顯著大于牙本質(zhì)小管直徑（一般小于3微米）的顆粒，該種粗顆粒隨 載體處理牙齒表面過程中，難W進入暴露的牙本質(zhì)小管通道內(nèi)，漱口過程造成牙本質(zhì)表面 和唾液內(nèi)顆粒殘留率極為有限，影響其臨床脫敏效率。其次，經(jīng)球磨制備的高溫烙融生物玻 璃或玻璃陶瓷超細顆粒形態(tài)極不規(guī)則，尤其是產(chǎn)生的大量具有尖銳棱角的顆粒在牙齒表面 接觸摩擦過程中，其尖銳細小棱角易于劃傷牙本質(zhì)和牙釉質(zhì)，增加難W克服對健康牙體表 面損傷的風險。再次，45S5生物玻璃、鎖強化生物活性玻璃和玻璃陶瓷等的細小顆粒與唾液 接觸，釋放無機離子過程，所并引起的唾液呈微弱堿性，該種間斷式提高口腔唾液抑值并 不能高效滅活牙菌斑有害微生物的活性，因而抑制牙菌斑、離齒性能難w達到理想效果；此 夕F，該些常規(guī)無機離子組合物抗牙銀出血效應也缺乏基本理論依據(jù)。
[0008] 縱觀近年來臨床應用，盡管大量專效脫敏牙膏對脫敏產(chǎn)生了積極效果，但是均不 能解決臨床上包含多種牙齒病變復合型口腔問題，牙本質(zhì)敏感患者伴生離病、牙銀出血等 問題，因而基于常規(guī)具有釋放巧、磯離子的生物玻璃來緩解牙敏問題，不能根本解決伴發(fā)口 腔問題。因此，開發(fā)多重治療與防治并舉的"多效合一"型生物玻璃是解決臨床問題的根本 途徑。
[0009] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)來看，迫切需要在組成、行為上均滿足W脫敏為核屯、的"多效合一" 型生物活性玻璃，該樣的生物玻璃在化學組成、顆粒度、顆粒形態(tài)、顆粒微結(jié)構(gòu)特征等顯示 的綜合生物學效應能解決多種牙體問題。據(jù)此，申請人提出了一種溶膠-凝膠技術(shù)方案，通 過優(yōu)化生物玻璃合成中各物質(zhì)添加順次，制備一類顆粒形態(tài)較規(guī)則、顆粒從內(nèi)到外存在組 成和微結(jié)構(gòu)差異的生物活性玻璃。基于超細顆粒物進入到牙本質(zhì)小管的更優(yōu)脫敏效果，因 而要求嚴格控制顆粒度（不高于牙本質(zhì)小管直徑）。同時，為了既滿足顆粒表面層較快降解 釋放有利于促進牙本質(zhì)小管孔道壁再礦化的無機離子，又需要合理控制顆粒自身因降解帶 來的尺度下降與顆粒表面誘導磯灰石沉積之間的平衡，因此，申請人設(shè)計的超細顆粒內(nèi)部 為含有無機離子的富娃組分，表面層為富巧、娃、棚等多元無機離子組分和介孔微結(jié)構(gòu)，從 而突破現(xiàn)有技術(shù)中介孔生物玻璃的組成和微結(jié)構(gòu)設(shè)計思路。一方面，具有高比表面超細顆 粒對凝血因子能快速吸附、聚集，實現(xiàn)止血或防牙銀出血；另一方面，在促進顆粒表面層較 快降解釋放誘導磯灰石礦化的巧、磯酸根的同時，伴發(fā)釋放較高劑量鐘離子能產(chǎn)生高效緩 解牙髓感覺神經(jīng)對外部刺激的敏感性；此外，顆粒降解釋放的銅、鋒、棚等組合物還對調(diào)節(jié) 毛細血管再生和抑制牙斑菌活性產(chǎn)生顯著效果。因此，申請人提出的生物玻璃材料設(shè)計借 助某些特定人體代謝必需的無機（微量）元素在抑菌、防牙銀出血、促進再礦化、緩解牙髓 感覺神經(jīng)刺激、封閉牙本質(zhì)小管等方面的多種功效協(xié)同