具有防龋功能的纤维网增强预成冠

1.本技术涉及分子口腔医学领域，具体而言，涉及一种具有防龋功能的纤维网增强预成冠。


背景技术：

2.龋齿是临床常见现象，易导致牙髓炎和牙齿脱落等多种症状。对于小面积龋坏，可以通过复合树脂等修复材料进行补牙治疗。但是对于大面积的龋坏或者根管治疗后的牙齿，修复冠是一个必然的选择。成人的修复冠都是根据原有牙齿形态个性化定制，该方式修复效果好，治疗效果可达十几年。但是，该类型牙冠的诊室治疗和技工室加工都是非常繁杂的过程，价格昂贵。
3.儿童的牙齿发育过程中矿化不足，更易发生龋齿。儿童依从性差，补牙治疗后易脱落，更需要牙冠保护乳牙不被继续破坏或咬裂。乳牙牙冠只需要完成恒牙替换前的保护即可，因此考虑到乳牙冠的治疗需求以及经济需求，商品化的预成冠受到大家原来越多的关注，其疗效优于树脂充填。预成冠现在主要包括金属冠、全瓷冠以及环氧树脂冠等。美国3m和韩国新兴的金属预成冠易修剪、调整和试戴，但是颜色不美观、生物安全性待研究。江苏福隆数齿科技有限公司的儿童乳牙全瓷预成冠安全性和美观性优，但是硬度比较高，临床不易调整。加拿大figaro的玻璃纤维增强的环氧树脂，颜色较差，耐磨性能等仍待加强。
4.cn101489518公开了一种纤维增强的复合材料及其制备方法，采用纤维预浸料增强复合材料用于口腔充填、临时和半永久性冠桥材料。该材料同样缺少纤维网状结构，承受咬合力时易开裂，难以满足临床需求。
5.cn110876682公开了一种预成牙冠及其制备工艺，基体材料为环氧树脂与聚醚醚酮，纤维选自短纤维或纤维网，还有填料为sio2和tio2或sio2和fe2o3。该预成牙冠没有分层结构，难以匹配天然牙冠的机械性能，同时缺乏缓释矿化成分。
6.更重要的是，龋齿患者都属于龋病易感人群，无论是成人还是儿童。现在的预成冠更集中于现有龋齿的被动性物理治疗，而对于后续其他牙齿的龋坏等毫无作用，从而导致了龋病的持续发生，造成病人痛苦和经济负担。


技术实现要素：

7.本发明提供了一种具有防龋功能的纤维网增强预成冠，所述预成冠为多层结构，包括位于最外层的矿化功能层和内部呈单层或双层设置的支撑功能层；所述矿化功能层与支撑功能层之间、支撑功能层之间设置有纤维网；所述支撑功能层的原料包括树脂基质、纤维网、填料和引发剂；所述矿化功能层的原料包括树脂基质、纤维网、填料、引发剂和矿化组分。
8.进一步的，所述预成冠还包括如下（1）-（9）中的一项或多项：（1）所述树脂基质由含有单、双或多个丙烯酸活性基团的单体组成；（2）所述纤维网是由无机纤维、有机纤维或两者的混合纤维组成的网状结构物；
（3）所述纤维网在使用前进行表面处理以增强其与树脂基质的结合力；（4）所述纤维网在使用前采用树脂基质材料作预浸处理；（5）所述填料选自无机填料，有机填料或有机无机复合填料，所述填料使用前进行表面处理以增强其与树脂基质的结合力；（6）所述填料形状为颗粒状或纤维状；（7）所述引发剂选自光引发剂、热引发剂或光热双引发剂；（8）所述矿化组分是在口腔内能缓释钙离子、磷酸根离子、硅酸根离子、氟离子的材料；（9）所述矿化功能层与支撑功能层的原料还包括助剂，所述助剂选自调色剂、遮色剂、荧光剂、防老化剂、紫外线吸收剂、抗菌剂或x射线阻射剂中的一种或多种。
9.更进一步的，所述预成冠还包括如下（1）-（14）中的一项或多项：（1）所述树脂基质选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己二醇酯、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、双酚 a 丙三醇双甲基丙烯酸酯、二脲烷二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯或季戊四醇四甲基丙烯酸酯中的一种或多种；（2）所述无机纤维选自石英纤维、碳纤维或玄武岩纤维的一种或多种；（3）所述有机纤维选自尼龙纤维、聚醚酮纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种；（4）所述纤维网的结构为织造结构；（5）所述填料的形状为颗粒状或纤维状；（6）所述无机填料选自二氧化硅、硫酸钡、氧化锆、石英玻璃粉、石英纤维或碳纤维中的一种或多种；（7）所述有机填料选自聚甲基丙烯酸甲酯颗粒、聚甲基丙烯酸丁酯颗粒、芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种；（8）所述有机无机复合填料是用有机填料在无机填料表面进行聚合包覆后，粉碎成适当的粒径而成的粒子，或者预先在有机填料中混合无机填料后聚合、粉碎而得到的粒子；（9）所述引发剂选自氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、甲基丙烯酸二甲氨乙酯、樟脑醌或叔胺中的一种或多种；（10）所述钙离子的供体为碳酸钙、磷酸钙、硅酸钙、生物活性玻璃或硫酸三钙中的一种或多种；（11）所述氟离子的供体为氟化钠、氟化亚锡、单氟磷酸钠、氟化玻璃粉或氟羟基磷灰石中的一种或多种；（12）多层结构中各层的厚度为0.1-1.5mm；（13）所述矿化功能层中各原料组分的质量百分含量为：树脂基质25-65%、填料25-70%、矿化组分0.5-5.0%、引发剂0.05-2.5%和其他助剂0.1-5.0%；（14）所述支撑功能层中各原料组分的质量百分含量为：树脂基质35-75%、填料20-60%和引发剂0.05-2.5%和其他助剂0.1-5.0%。
10.更进一步的，所述预成冠还包括如下（1）-（8）中的一项或多项：（1）所述无机纤维使用前进行表面硅烷化处理；
（2）所述有机纤维使用前进行表面等离子处理；（3）所述无机填料使用前进行表面硅烷化处理；（4）所述有机填料使用前进行表面低温等离子处理；（5）所述填料为直径1nm-10um的球形或者不规则形状颗粒；（6）所述填料为直径1nm-10um、长径比≥5的纤维状物质；（7）所述钙离子的含量不低于预成冠最外层总质量的1%；（8）所述氟离子的含量不低于预成冠最外层总质量的0.25%。
11.本发明还提供一种前述预成冠的制备方法，包括如下步骤：（1）将树脂基质、填料混匀，再加入引发剂混匀，得到内层原料浆料；将树脂基质、填料、矿化组分混匀，再加入引发剂混匀，得到最外层原料浆料；（2）将制得的内层或最外层原料浆料注入多层预成冠模具中，铺上纤维网，聚合固化；（3）再注入另一层原料浆料到预成冠模具中，聚合固化；以此类推，制得带有纤维网夹层的多层结构预成冠。
12.进一步的，将树脂基质、填料或者树脂基质、填料、矿化组分在60-200℃真空下混匀，降至低于50℃后再加入引发剂混匀。
13.所述聚合固化为加压热聚合固化或者光聚合固化。
14.本发明的有益效果包括：（1）本发明的预成冠采用多层结构设置，最外层采用较高的无机填料含量，增加耐磨性和美观光泽。最内层采用较低的无机填料，增加韧性，最大程度上模拟了天然牙的牙釉质层和牙本质层的结构和色泽，具有与天然牙匹配的机械性能和美学效果。
15.（2）本发明的预成冠采用分层构建技术，构建一层后，铺上纤维网，再铺另一层，确保纤维网稳定设置在两层之间，精确定位了纤维网在预成冠中的位置；层间的纤维网可以有效结合各层，防止层间受力时的力学破坏，显著增强预成冠抗冲击断裂的性能，防止崩裂。
16.（3）本发明提供的预成冠可以持续释放促进矿化的成分，既可以治疗已有龋齿，还可以预防龋齿的进一步发生。
17.（4）本发明所选取的是制备树脂牙或者牙科复合树脂的树脂基质，保证了生物安全性，并防止在口内的吸水、溶胀、溶解和色稳定性差等问题。
附图说明
18.图1为预成冠的结构示意图；其中，1-牙模，2—预成冠，3—矿化功能层，4—纤维网，5—支撑功能层。
具体实施方式
19.下面结合附图1对本发明进行进一步说明和描述，但所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明和实施例中，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他发明和实施例，都属于本发明保护的范围。
20.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
21.下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
22.下述实施例中所涉及百分数如无特殊说明，均为质量百分比。
23.本发明的预成冠的原料包括树脂基质、纤维网、填料、矿化组分、引发剂，还可包括其它助剂。树脂基质选择用于制备树脂牙或者牙科复合树脂的一种或者两种以上混合物。树脂基质由含有单、双、多个丙烯酸活性基团的单体组成，具体可选自甲基丙烯酸甲酯（cas80-62-6）、甲基丙烯酸丁酯（cas97-88-1）、甲基丙烯酸己二醇酯（cas6606-59-3）、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱（cas67881-98-5）、双酚 a 丙三醇双甲基丙烯酸酯(cas 1565-94-2)、二脲烷二甲基丙烯酸酯(cas 72869-86-4)、三乙二醇二甲基丙烯酸酯(cas 109-16-0)或季戊四醇四甲基丙烯酸酯(cas 4986-89-4)。
24.纤维网是由纤维组成的具有特定结构的网状结构。所述纤维可以是无机纤维、有机纤维或其两者的混合纤维。无机纤维是指由无机成分组成的纤维，如石英纤维、碳纤维、玄武岩纤维。使用前，优选对无机纤维进行表面处理如硅烷化处理等以增强与树脂基质的结合力，并利用树脂基质材料预浸。有机纤维是指由有机成分组成的纤维，如尼龙纤维、聚醚酮纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。使用前，优选对有机纤维进行表面处理如等离子处理等以增强与树脂基质的结合力，并用树脂基质材料预浸。纤维网的结构可以是织造结构或非织造结构，优选织造结构。
25.填料选自无机填料，有机填料或有机无机复合填料，形状为颗粒状或纤维状。颗粒状填料为直径1nm-10um的球形或者不规则形状。纤维状填料为直径1nm-10um，长径比≥5（mm/mm）的纤维状物质。无机填料可以是二氧化硅、硫酸钡、氧化锆、石英玻璃粉、石英纤维或碳纤维中的一种或多种。可对无机填料进行表面处理，如硅烷化处理，增强与树脂基质的结合能力。有机填料可以是聚甲基丙烯酸甲酯颗粒、聚甲基丙烯酸丁酯颗粒、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种。可对有机填料进行表面处理，如低温等离子处理。另外，还可以选择有机无机复合填料，即用有机填料在无机填料表面进行聚合包覆后，粉碎成适当的粒径而成的粒子，或者预先在有机填料中混合无机填料后聚合、粉碎而得到的粒子。
26.矿化组分含有可在口腔内缓释的钙离子、磷酸根离子、硅酸根离子、氟离子中的一种或者多种。这些组分促进牙齿形成羟基磷灰石和氟羟基磷灰石等矿化物质，并防止致龋菌的黏附和增殖，从而预防其他牙齿的进一步龋坏。所述钙离子的供体为碳酸钙、磷酸钙、硅酸钙生物活性玻璃或硫酸三钙中的一种或多种。钙离子的含量不低于预成冠最外层总质量的1.00%。所述氟离子的供体为氟化钠、氟化亚锡、单氟磷酸钠、氟化玻璃粉或氟羟基磷灰中的一种或多种。氟离子的含量不低于预成冠最外层总质量的0.25%。
27.引发剂包括光引发剂、热引发剂或光热双引发剂，如过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、甲基丙烯酸二甲氨乙酯（cas 2867-47-2）、樟脑醌和叔胺。
28.还可加入其他助剂如调色剂、遮色剂、荧光剂、防老化剂、紫外线吸收剂、抗菌剂、x射线阻射剂等。
29.预成冠的结构参见附图1：预成冠可以为多层结构，除纤维网4外的其它组分构成多个树脂层，树脂层间为纤维网4。每个树脂层的厚度为0.1-1.5mm，纤维网4嵌入到树脂层间。所述预成冠2的最外层为矿化功能层3，含有口腔内缓释矿化和防龋的成分，主要满足矿化和耐磨耗的需求。矿化功能层3含有树脂基质树脂基质25-65%、填料25-70%、矿化组分0.5-5.0%、引发剂0.05-2.5%和
其他助剂0.1-5.0%。所述预成冠2的内层为支撑功能层5，含有树脂基质35-75%、填料20-60%和引发剂0.05-2.5%和其他助剂0.1-5.0%；支撑功能层5可设置一层或多层。此外，最外层和内层还可以依次模拟牙釉质层和牙本质层的结构和色泽，起到力学和美学效果。
30.预成冠的制备：将树脂基质、填料投入搅拌装置（如有其它助剂也一并添加）如均质机或行星混匀机中，60-200℃真空下搅拌均匀，降温至50℃后加入引发剂进一步混合均匀，得到内层原料浆料。采用同样的方法将树脂基质、填料、矿化组分投入搅拌装置中得到最外层原料浆料。将制得的内层或最外层原料浆料注入多层预成冠牙模1中，铺上预浸纤维网，加压热或光聚合固化；然后再注入另一层原料浆料到预成冠牙模1中，加压热或光聚合固化；以此类推，最终制得预成冠为带有纤维网夹层的多层结构。
31.实施例1、一种双层结构预成冠的制备本实施例提供一种双层结构的预成冠，包括支撑功能层和矿化功能层。其制备方法包括：（1）支撑功能层的制备：75%树脂基质（45%甲基丙烯酸甲酯、20%季戊四醇四甲基丙烯酸酯、10%甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱），22.9%无机填料为硅烷化二氧化硅（赢创aerosil rx200），助剂为0.1%硫酸钡，真空行星搅拌机中真空2mmhg、60℃搅拌150min，降到50℃后加入2%过氧化苯甲酰进一步混合均匀，得到内层原料浆料。将内层原料浆料注入双层牙冠模具中的内层，厚度为0.5mm。编织芳纶纤维网（厚度0.1mm），低温等离子处理（空气气氛，流量20ml/min，放电功率100w，处理10min）后，浸入甲基丙烯酸甲酯并2mmhg真空10min后取出，铺到内层外面上，加压至1.0mpa，加热60℃ 90min后100℃ 30min，聚合固化，得到支撑功能层。
32.（2）矿化功能层的制备：50%树脂基质树脂基质（10%甲基丙烯酸丁酯、10%季戊四醇四甲基丙烯酸酯、30%双酚 a 丙三醇双甲基丙烯酸酯的混合物），无机填料为45%硅烷化二氧化硅，助剂为0.2%二氧化钛和0.1%三氧化二铁，矿化成分为2.7%生物活性玻璃粉和1%氟化钠，在真空行星搅拌机中真空5mmhg、100℃搅拌120min，降到50℃后加入2%过氧化苯甲酰进一步混合均匀，得到最外层原料浆料。将最外层原料浆料注入双层牙冠模具中的纤维网上，加压至1.0mpa，加热60℃ 90min后100℃ 30min，得到0.5mm矿化功能层。制得预成冠-1。
33.实施例2、一种双层结构预成冠的制备（1）支撑功能层的制备：37.9%树脂基质（15%三乙二醇二甲基丙烯酸酯、8%季戊四醇四甲基丙烯酸酯、14.9%双酚a-甲基丙烯酸缩水甘油酯），30%无机填料为硅烷化二氧化硅（如赢创aerosil rx200）和30%氧化锆粉（粒径1-3um），助剂为0.1%纳米银抗菌剂，真空行星搅拌机中真空5mmhg、80℃搅拌60min，降到50℃后加入2%偶氮二异丁腈进一步混合均匀，得到内层原料浆料。将内层原料浆料注入双层牙冠模具中的内层，厚度为1.0mm。编织超高分子量聚乙烯纤维网（厚度0.2mm），低温等离子处理（氧气气氛，流量30ml/min，放电功率150w，处理5min）后，浸入甲基丙烯酸乙酯并2mmhg真空10min后取出，铺到内层外面上，加压至1.0mpa，从室温23℃开始以1.0℃/min加热至100℃保持5min，聚合固化，得到支撑功能层。
34.（2）矿化功能层的制备：
30%树脂基质树脂基质（10%三乙二醇二甲基丙烯酸酯、5%季戊四醇四甲基丙烯酸酯、15%双酚a-甲基丙烯酸缩水甘油酯），无机填料为25%硅烷化二氧化硅和35%氧化锆粉（粒径1-3um），矿化成分为3.0%硅酸三钙和2.0%氟羟基磷灰石，2.5%其他助剂（调色剂二氧化钛和三氧化二铁，x射线阻射剂钡玻璃粉等）在真空行星搅拌机中真空5mmhg、100℃搅拌120min，降到50℃后加入2.5%偶氮二异丁腈进一步混合均匀，得到最外层原料浆料。将最外层原料浆料注入双层牙冠模具中的纤维网上，加压至1.0mpa，从室温23℃开始以1.0℃/min加热至100℃保持5min，聚合固化，得到0.25mm矿化功能层。制得预成冠-2。
35.实施例3、一种双层结构预成冠的制备（1）支撑功能层的制备：55%树脂基质（25%三乙二醇二甲基丙烯酸酯、8%季戊四醇四甲基丙烯酸酯、22%双酚a-甲基丙烯酸缩水甘油酯），无机填料为24.8%硅烷化二氧化硅（如赢创aerosil rx200）和18%氧化锆粉（粒径1-3um），助剂为0.1%纳米银抗菌剂和0.1%硫酸钡x射线阻射剂，真空行星搅拌机中真空5mmhg、80℃搅拌60min，降到50℃后加入1.0%樟脑醌和1.0%甲基丙烯酸二甲氨乙酯进一步混合均匀，得到内层原料浆料。将内层原料浆料注入双层牙冠模具中的内层，厚度为0.8mm。编织石英纤维网（厚度0.1mm），低温等离子处理（氧气气氛，流量30ml/min，放电功率100w，处理10min）后，浸入甲基丙烯酸丁酯并2mmhg真空10min后取出，铺到内层外面上，加压至1.0mpa，蓝光（460～510nm，800-2000mw/cm2）照射3min，聚合固化，得到支撑功能层。
36.（2）矿化功能层的制备：50%树脂基质树脂基质（10%三乙二醇二甲基丙烯酸酯、10%季戊四醇四甲基丙烯酸酯、30%双酚a-甲基丙烯酸缩水甘油酯），无机填料为18%硅烷化二氧化硅和25%氧化锆粉（粒径1-3um），矿化成分为3%硅酸三钙和1%氟化钠，1%其他助剂（调色剂二氧化钛和三氧化二铁，x射线阻射剂钡玻璃粉）在真空行星搅拌机中真空5mmhg、100℃搅拌120min，降到50℃后加入1.0%樟脑醌和1.0%甲基丙烯酸二甲氨乙酯进一步混合均匀，得到最外层原料浆料。将最外层原料浆料注入双层牙冠模具中的纤维网上，加压至1.0mpa，蓝光（460～510nm，800-2000mw/cm2）照射3min，聚合固化，得到内部支撑层，得到0.6mm矿化功能层。制得预成冠-3。
37.实施例4、一种三层结构预成冠的制备内层、最外层原料浆料和纤维网的组成和制备过程如实施例1，制备三层结构。将最外层原料浆料注入三层牙冠模具中的外层空腔内。铺纤维网到外层内面上，加压加热聚合固化，得到矿化功能层；再次注入内层原料浆料并铺纤维网，加压加热聚合固化，得到中间支撑功能层；最后再注入内层原料浆料，加压加热聚合固化，得到内层支撑功能层。制得预成冠-4。
38.实施例5、一种双层结构预成冠的制备内层、最外层原料浆料和纤维网的组成和制备过程如实施例1，引发剂2%过氧化苯甲酰替换为1%过氧化苯甲酰、0.5%樟脑醌和0.5%甲基丙烯酸二甲氨乙酯。聚合条件为蓝光（460-510nm，800-2000mw/cm2）照射3min，光照后从室温23℃以2℃/min升温到100℃并保持15min聚合固化。制得预成冠-5。
39.以3m公司的金属冠（对比例1）和figaro公司的单层玻璃纤维增强环氧树脂冠（对比例2）为对照，比较本发明实施例1-5的预成冠与两个对比例预成冠在离子释放、抗压性
能、色稳定性和耐磨耗性方法的差异。
40.各性能的测试方法如下：离子释放：将预成冠按照1g/10ml的比例浸入35
±
2℃水中，每天换水。离子色谱法测试30天的氟离子和钙离子等的连续释放行为。
41.抗压性能：万能力学试验机以10mm/min的速度测试抗压强度。
42.色稳定性：依据yy/t 0631-2008《牙科材料 色稳定性的测定》测试预成冠的色稳定性。
43.耐磨耗性：依据iso/tr 14569-1-2007《牙科材料 磨损试验指南 第1部分:牙刷磨损》测试预成冠的耐磨耗性。
44.表1 预成冠的性能测试结果如表1所示，通过表1可以看出，采用本发明的方法制备的预成冠可以释放活性离子，同时满足预成冠使用的基本需求。