一种季铵盐包裹溴化银纳米复合物在改性牙科树脂材料中的应用

摘要

本发明公开了一种季铵盐包裹溴化银纳米复合物在改性牙科树脂材料中的应用。将牙科树脂材料与季铵盐包裹溴化银纳米复合物混合进行改性反应，所述季铵盐包裹溴化银纳米复合物的制备方法如下：通过季铵化反应将溴己烷和2‑溴乙基甲基丙烯酸酯接枝到聚‑4乙烯吡啶侧链上，合成季铵甲基丙烯酸酯，随后向聚合物中缓慢添加对甲苯磺酸银，经此原位沉淀方法，AgBr以化学配位键方式结合于BHPVP侧链上，通过空间位阻效应稳定于该聚合物中，最终，真空干燥24h后即得到季铵盐聚合物包裹溴化银纳米复合物。本发明将季铵盐包裹溴化银纳米复合物添加至牙科树脂材料中固化后，可赋予牙科树脂材料持久、稳定的抗菌性能。

说明书

技术领域

本发明属于牙科树脂材料改性技术领域，主要涉及一种季铵盐包裹溴化银纳米复合物在改性牙科树脂材料中的应用。

背景技术

复合树脂以其美观与功能兼优的特点而被广泛应用于口腔临床牙体缺损修复中，但是，复合树脂较其它修复材料表面更易粘附细菌，且继发龋发生率高，易导致修复失败。因此，研发抗菌性树脂材料是减少继发龋发生、预防修复失败的重要途径。已有大量研究报道将银纳米颗粒或季铵盐分别添加至树脂中获得抗菌性能。但是，两类材料在抗菌时效、抗菌效率及对载体材料的影响等方面各有优缺，如何研发兼具两者优势的有机无机复合抗菌材料逐渐成为了学者们关注的热点。单独添加银纳米颗粒与树脂基质间无化学连接，仅简单分散于树脂基质中，因此，释出速率难以控制，抗菌活性随时间而降低。同时，抗菌成分的释出将影响载体材料的机械性能，且对周围组织产生一系列副作用。季铵盐单体可与树脂基质成分发生聚合反应，形成化学结合，其具有不易释出及化学性能稳定的特点，适量添加至树脂中不影响载体材料的机械性能，但有限的添加量限制了其抗菌活性，而添加量过大会导致化学结合不稳定、影响载体材料整体性能及稳定性等一系列问题的产生。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种季铵盐包裹溴化银纳米复合物在改性牙科树脂材料中的应用。所述季铵盐包裹溴化银纳米复合物兼具接触抗菌和银离子缓释性能，通过将其添加至牙科树脂材料中用于提升抗菌性能。

本发明的技术方案如下：一种季铵盐包裹溴化银纳米复合物在改性牙科树脂材料中的应用，将牙科树脂材料与季铵盐包裹溴化银纳米复合物混合进行改性反应；

所述季铵盐包裹溴化银纳米复合物通过季铵化反应将溴己烷和2-溴乙基丙烯酸甲酯接枝到聚-4-乙烯吡啶[poly(4-vinylpyridine)，PVP]侧链上，合成季铵甲基丙烯酸酯(quaternary ammonium methacrylates，BHPVP)，随后向聚合物中缓慢添加对甲苯磺酸银(silver paratoluenesulfonate solution，AgPTS)，经此原位沉淀方法制得。

所述牙科树脂材料主要为丙烯酸酯类，为常规的复合树脂，其他材料也可以。

所述季铵盐包裹溴化银纳米复合物的添加量为0.3～1.5wt％。

所述改性反应还需加入引发剂和助引发剂，所述引发剂为樟脑醌，所述助引发剂为DMAEMA。

所述引发剂的添加量为0.3～1.0wt％，所述助引发剂的添加量为0.3～1.0wt％。

所述溴己烷、2-溴乙基丙烯酸甲酯、对甲苯磺酸银与聚-4-乙烯基吡啶的摩尔比为0.25～0.35：0.25～0.35：0.8～1.0：1。

所述季铵盐包裹溴化银纳米复合物的制备方法如下：通过季铵化反应将溴己烷和2-溴乙基丙烯酸甲酯接枝到聚-4乙烯吡啶[poly(4-vinylpyridine)，PVP]侧链上，合成季铵甲基丙烯酸酯(quaternary ammonium methacrylates，BHPVP)，随后向聚合物中缓慢添加对甲苯磺酸银(silver paratoluenesulfonate solution，AgPTS)，经此原位沉淀方法，AgBr以化学配位键方式结合于BHPVP侧链上，被BHPVP聚合物包裹，通过空间位阻效应稳定于该聚合物中，最终，真空干燥24h后即得到季铵盐聚合物包裹溴化银纳米复合物(AgBr/BHPVP)。

所述应用方法具体操作如下：Bis-GMA与TEGDMA以质量比1：1组成树脂基质，避光状态下添加0.5～1.5wt％AgBr/BHPVP至树脂基质中进行改性，同时向反应体系中加入樟脑醌与DMAEMA各0.5wt％，室温下搅拌均匀，抽真空排气泡，制得改性后的牙科树脂材料。

本发明还提供一种季铵盐包裹溴化银纳米复合物改性的牙科树脂材料。

本发明的机理如下：季铵盐包裹溴化银纳米复合物以“接触抗菌”发挥抗菌作用，带正电荷的N⁺吸引带负电荷的细菌细胞膜，通过表面离子与疏水作用与细胞膜表面相互作用，扰乱细胞膜表面电荷分布，导致胞膜穿孔，细胞内容物泄露。银离子主要通过配合供电子基团协同破坏细菌关键细胞酶及DNA的活性，使其变性，并可与细菌细胞壁肽聚糖相互作用，导致细胞结构改变，细胞壁内陷，渗透压增高，最终细胞死亡。口腔内定植的菌种众多，其中变形链球菌是导致龋病发生的主要病原菌，因此，本发明中选取该菌用以测试改性树脂基质的抗菌活性。从树脂对变形链球菌UA>

与现有技术相比，本发明具有以下创新点与优越性：季铵盐包裹溴化银纳米复合物(AgBr/BHPVP)属于兼具有机无机抗菌材料两者优势的复合抗菌材料，将其添加至牙科树脂材料中固化后，可赋予牙科树脂材料更加持久、稳定的抗菌性能。

附图说明

图1为季铵盐包裹溴化银纳米复合物(AgBr/BHPVP)结构图；

图2为季铵盐包裹溴化银纳米复合物的合成路线图；

图3为激光共聚焦显微镜观察各组树脂试件表面黏附的变形链球菌(×40)图；

图4为各组树脂试件挠曲强度及维氏显微硬度的比较图(MPa,χ±s，n＝9)：^*与同项测试其它组相比P＜0.05。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

实施例1

1材料和方法

1.1主要材料、试剂和仪器：季铵盐包裹溴化银纳米复合物，变形链球菌UA 159，脑心浸出液肉汤，人工唾液，活/死菌染色试剂盒，Bis-GMA，TEGDMA，樟脑醌，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)，超净工作台，厌氧培养罐，Vitek细菌比浊仪，旋涡混合器，微量加样器，24孔细胞培养板，激光共聚焦显微镜，万能试验机，维氏硬度计。

1.2实验方法

1.2.1季铵盐包裹溴化银纳米复合物的合成首先，通过季铵化反应将溴己烷和2-溴乙基甲基丙烯酸酯接枝到聚-4-乙烯吡啶[poly(4-vinylpyridine)，PVP]侧链上，硝基甲烷作为溶剂，于60℃水浴中搅拌24h，合成季铵甲基丙烯酸酯(quaternary ammoniummethacrylates，BHPVP)。随后，向聚合物中缓慢添加对甲苯磺酸银(silverparatoluenesulfonate solution，AgPTS)，经此原位沉淀方法，AgBr以化学配位键方式结合于BHPVP侧链上，被BHPVP聚合物包裹，通过空间位阻效应稳定于该聚合物中。最终，真空干燥24h后即得到季铵盐聚合物包裹溴化银纳米复合物(AgBr/BHPVP)，溴己烷、2-溴乙基甲基丙烯酸酯、对甲苯磺酸银和聚-4乙烯吡啶的摩尔比为0.3：0.3：1：1，见图1和图2，图1和图2中x、y、z对本发明结果没有影响，三个化合物如何接，对于材料的抗菌性影响不大。x为溴己烷的接枝量，z表示2-溴乙基甲基丙烯酸酯的接枝量，y＝n-x-z；n为聚-4-乙烯吡啶的聚合度。

1.2.2实验菌株培养苏变形链球菌UA 159，于37℃厌氧培养罐(85％N₂+5％C0₂+10％H₂)中培养24h。挑取单菌落接种于无菌BHI琼脂平板上，培养24h后，将菌悬液比浊至0.5MAC，以BHI(含0.2％蔗糖)将菌悬液稀释100倍备用。

1.2.3抗菌树脂样本制备双酚A-双醚(Bis-GMA)与三乙烯乙二醇二丙烯酸酯(TEGDMA)以质量比1：1组成树脂基质，避光状态下将AgBr/BHPVP按0.5％、1.0％、1.5％质量分数(wt.％)添加至树脂基质中作为改性组，未添加AgBr/BHPVP的树脂基质作为空白对照组，同时向树脂体系中加入樟脑醌(引发剂)与DMAEMA(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，助引发剂)各0.5wt.％，磁力搅拌均匀，抽真空排气泡。将树脂基质充填于内径10mm、厚1.5mm的聚四氟乙烯模具中，覆盖聚乙烯薄膜，光固化。经水砂纸逐级打磨抛光后置37℃去离子水中浸泡24h。老化3月样本浸泡于人工唾液中老化处理3月，37℃水浴，每2天更换一次人工唾液。每组每个时间点样本5个，实验前以70％乙醇擦拭试件表面，无菌水冲洗，环氧乙烷消毒备用。

1.2.4菌落形成单位(colony-forming units，CFU)计数将老化处理前后样本置无菌24孔细胞培养板中，加入浓度约1×10⁶CFU/ml的变形链球菌UA>

1.2.5激光共聚焦显微镜观察细菌活性老化处理前后样本与菌悬液共培养24h后终止培养，PBS缓冲液轻柔漂洗3次，活/死菌试剂避光染色15min，PBS再次漂洗。活菌染色后产生绿色荧光，细胞膜受损的细菌染色后产生红色荧光，接近或重叠的活/死菌显示为橙黄色。样本置LSCM下观察细菌活性。

1.2.6机械性能检测

1.2.6.1挠曲强度检测根据ISO 4049标准，制作规格为25mm×2mm×2mm的树脂试件，每组9个，光固化后，经600目水砂纸打磨抛光，置37℃恒温水浴24h。精确测量各试件的宽(w)和高(h)后，于万能试验机进行挠曲强度测试，测试速度1mm/min，记录破坏载荷(F)，按照以下公式计算挠曲强度(flexural strength,FS)：FS＝3FL÷(2wh²)，其中L＝20mm,为下加荷台支点间距离。

1.2.6.2维氏显微硬度检测制备直径6mm、厚3mm的圆柱形树脂试件，每组9个，光固化后，分别以600、1000、1500、2000目水砂纸逐级打磨，表面抛光呈镜面，于维氏硬度计上以25g载荷对样本表面加载15s，测试维氏显微硬度值。每试件随机测试3个点，计算均值。

2结果

2.1树脂试件CFU计数

各组树脂试件表面CFU计数见表1。老化处理前后，树脂试件表面CFU均较空白对照组显著降低(p＜0.05)；老化3月1.0％、1.5％组两组之间CFU数量无显著性差异(p＞0.05)，除此之外，老化处理前或处理后试件表面CFU数量均随AgBr/BHPVP添加量增加而减少(p＜0.05)；老化处理3月后，0.5％、1.5％改性组CFU数量较同组别老化处理前有所增加(p＜0.05)，空白对照组、1.0％改性组同组别老化处理前后CFU数量间无统计学差异(p＞0.05)。

表1 各组树脂试件菌落形成单位的比较(×10⁷CFU，n＝5)

注：^a：与空白对照组相比P＜0.05；^b：与0.5％组相比P＜0.05；^c：与1.0％组相比P＜0.05；^*：与同组别老化处理前相比P＜0.05

2.2 LSCM观察

空白对照组树脂试件表面覆盖大量活细菌，呈大片绿色荧光；改性组树脂试件表面绿色荧光减少，红色荧光增多，即改性组树脂试件表面黏附的活菌量明显少于空白对照组，见图3。

2.3机械性能的比较

各组树脂试件挠曲强度及维氏显微硬度的比较见图4，0.5％、1.0％改性组树脂试件挠曲强度值与空白对照组比较无显著差异(p＞0.05)，当AgBr/BHPVP添加至1.5％时，挠曲强度值较空白对照组显著降低(p＜0.05)。空白对照组与改性组树脂试件维氏显微硬度值均无显著性差异(p＞0.05)。

新合成的有机无机复合抗菌材料-季铵盐包裹溴化银纳米复合物(AgBr/BHPVP)引入了甲基丙烯酸酯功能基团，在赋予其季铵盐接触抗菌及缓释银离子双重抗菌性能的同时，将其添加至树脂体系中能与树脂基质进行化学结合，同时，纳米尺寸特性使其在树脂体系中充分分散，发挥稳定抗菌作用，在适量添加情况下不影响载体材料的机械性能。

树脂修复材料在口内行使功能时遇到的两大挑战分别是继发龋和修复体折裂。因此，除具备抗菌活性以外，材料自身刚度需达到一定程度才能保障其在口腔中良好地行使功能。挠曲强度测试相比抗压强度测试，前者对材料亚结构的轻微变化敏感性更高，故本实验选用挠曲强度作为评价改性后树脂基质机械性能的指标之一。该实验中，当树脂基质中AgBr/BHPVP添加量为0.5％、1.0％时，挠曲强度与空白对照组间无显著性差异(p＞0.05)，且其挠曲强度值均位于80MPa以上，符合ISO 4049标准对牙科聚合材料挠曲强度值的要求。但当添加量达1.5％时，挠曲强度下降，与空白对照组相比具统计学差异(p＜0.05)。其原因可能在于树脂体系中过量AgBr/BHPVP中的甲基丙烯酸酯双键与树脂基质间无法形成化学结合，从而形成不良接触界面，孔隙增加，受力时易导致应力集中，材料整体强度降低。维氏显微硬度是衡量材料软硬程度的指标，常被用以表征材料的耐磨损性能。临床上常用的Bis-GMA和TEGDMA树脂基质体系其维氏显微硬度值介于100～200MPa之间。本实施例中实验结果显示，利用AgBr/BHPVP对树脂基质进行改性，各组维氏显微硬度值均高于100MPa，与空白对照组接近，其差异无统计学意义(p＞0.05)。

综上所述，适量AgBr/BHPVP改性树脂基质在体外对口腔病原菌变形链球菌具有持久、稳定的抗菌活性，当添加量为1.0％时，老化处理前后均表现出良好的抗菌活性，且对材料的挠曲强度及维氏显微硬度均未产生不利影响，在口腔修复材料领域具有良好的应用前景。