纳米结构磷灰石的制备及其用于牙釉质保护与修复

rain1978

由于牙釉质易损伤且不可再生的性质，使得研发有效的牙釉质保护与修复材料十分必要。目前用于牙釉质修复材料的主要缺陷为生物相容性差，而磷灰石作为天然牙釉质的主要无机成分，能很好的弥补这一缺陷，是用于牙釉质保护与修复最理想的材料,而磷灰石的纳米结构以及组成与其修复功能密切相关。在已有的研究基础上，进一步研究了纳米结构磷灰石的制备及其作为牙釉质保护与修复材料的应用前景。主要的研究内容和结果如下： 1. 基于EDTA对钙离子的螯合作用随溶液pH值变化而改变的性质，采用EDTA-2Na-Ca提供钙源，通过简单改变溶液pH值，采用一步反应法制备了结构可控的磷灰石晶体，并通过氟掺杂提高了磷灰石的稳定性。在碱性条件下，得到了纳米棒组装的磷灰石小球；在酸性条件下，得到了棒状的磷灰石。通过研究反应时间对晶体形貌的影响，对晶体的生长机理进行探索，结果表明磷灰石的形貌是由钙离子释放速度控制的。不同氟含量的磷灰石的稳定性检测显示，氟掺杂显著提高了磷灰石的稳定性，且磷灰石的稳定性随着氟含量的增加而提高。这个结果表明，在不借助任何模板剂的条件下，通过调控钙离子的释放速度，即可达到控制磷灰石结构的目的。 2. 在以上实验体系中磷灰石晶体生长机理的研究基础上，采用天然牙釉质为模板，在牙釉质表面构建了具有类牙釉质多级结构的磷灰石，并探索了磷灰石多级结构的形成机理：首先，反应参数（时间、温度、pH值）对磷灰石结构的影响的研究结果显示，反应参数对显微结构有略微的影响，但对晶体的取向有序生长均没有明显影响；其次，反应体系中的有机成分（牙釉质中的残留蛋白以及EDTA）对磷灰石生长的影响研究显示，有机成分对磷灰石的取向也没有明显影响，说明磷灰石的取向生长是牙釉质硬模板诱导的；为了进一步确定基底的结构和成分对晶体取向的作用，选用羟基磷灰石陶瓷片、磷酸三钙陶瓷片、钛合金以及氧化铝陶瓷片作为硬模板进行实验，结果显示硬模板对晶体取向的诱导作用是同质外延生长的结果。利用异相成核时晶体生长动力学理论对这一诱导现象进行了解释，并采取适当的实验对这一机理进行验证。最后对类牙釉质磷灰石的性能进行表征和优化，磷灰石的稳定性优于天然牙釉质，通过明胶增强后，磷灰石与明胶复合材料的力学性能与天然牙釉质相近。这个结果表明，在没有有机模板的条件下，仅通过选取适当的硬模板，即可制备出类牙釉质多级结构的磷灰石。 3. 基于硅酸三钙在生理环境下具有很强的诱导磷灰石沉积的性能，本文系统的研究了模拟口腔环境的体外pH循环条件下，硅酸三钙对牙釉质的保护及修复能力。结果显示，硅酸三钙对完整的牙釉质具有很好的保护作用，采用硅酸三钙处理时，牙釉质的脱矿速度显著降低；同时，硅酸三钙对轻微脱矿的牙釉质也有很好的修复能力，脱矿软化的牙釉质经硅酸三钙修复后硬度明显提高。硅酸三钙对牙釉质的保护与修复作用机理是硅酸三钙能够诱导牙釉质表面磷灰石沉积，促进了牙釉质表面再矿化过程。 综上，我们通过改进实验方案，在不采用任何模板剂的条件下制备了结构可控的磷灰石晶体，并首次制备出了类牙釉质多级结构的磷灰石材料，该磷灰石材料有望用于牙釉质的保护与修复；硅酸三钙在模拟口腔环境下能够诱导牙釉质表面磷灰石沉积，从而起到了保护与修复牙釉质的作用。我们的研究结果为磷灰石在牙釉质保护与修复中的实际应用提供了理论依据。