【摘要】：牙科修復樹脂材料在口腔長期使用,表面容易堆積菌斑形成生物膜,引發(fā)齲病。雖然新型抗菌劑不斷應用于牙科樹脂防治齲病,但研究的重點集中在提高材料的抗菌能力,而造成了機械性能和生物相容性的降低。此外,牙科抗菌材料在實際應用中會出現(xiàn)因抗菌組分過度使用造成口腔微環(huán)境的菌群失調(diào),引發(fā)其他口腔疾病,甚至可能導致細菌耐藥性產(chǎn)生。因此,賦予樹脂材料創(chuàng)新性抗菌性能,減少齲病及其它感染發(fā)生,并提高材料的機械性能和生物安全性,成為當前樹脂基牙科修復材料研究領(lǐng)域亟待解決的熱點問題。納米抗菌復合粒子憑借抗菌活性高、穩(wěn)定性強、生物毒性低等特點受到科研工作者廣泛關(guān)注,且呈現(xiàn)出比傳統(tǒng)材料更優(yōu)越的物理、化學、力學等性能。因此,在牙科修復樹脂中引入特定功能的抗菌納米復合粒子,一方面少量添加即可發(fā)揮優(yōu)異的抗菌性能,降低對材料生物相容性的不利影響;另一方面對改性樹脂起到增強和增韌作用,達到改善材料機械性能目的�；诖�,本文設計了多種納米抗菌復合粒子并對樹脂基質(zhì)改性,分別構(gòu)建了單重抗菌模式、雙重抗菌模式和酸響應抗菌模式的牙科修復樹脂材料。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:利用不同烷基鏈長的陽離子聚合物NPVP對納米金剛石進行功能化改性,以解決其嚴重團聚問題并賦予抗菌活性。為降低改性粒子的細胞毒性,并改善與樹脂基質(zhì)的相容性,在陽離子聚合物中引入親水單元HEMA,考察其對解團聚和抗菌性能的影響規(guī)律。其中,制備的QND-H10解團聚效果最佳,粒徑分布在10～100nm之間,對革蘭氏陰性菌E.coli和革蘭氏陽性菌S.aureus的MIC值為別可達100 μg/mL和50 μg/mL。對QND-H10抗菌機理探索發(fā)現(xiàn),其與細菌細胞膜除了靜電引力作用外,還可能通過氫鍵發(fā)生相互作用,通過內(nèi)膜-外膜剝離機制破壞菌體。接著,在此基礎(chǔ)上,設計并制備了可聚合抗菌納米復合粒子QND,并與樹脂基質(zhì)Bis-GMA/TEGDMA通過光引發(fā)聚合,構(gòu)建接觸型抗菌牙科修復材料。納米抗菌填料在固化樹脂中分散良好,且大幅增強了改性樹脂的機械性能,其中,0.6wt%改性樹脂的維氏硬度、彎曲強度和模量分別增加了75.1%、46.5%和48.5%。通過對口腔主要致齲菌S.mutans 的抗菌性能研究發(fā)現(xiàn),由于納米粒子的加入,不僅賦予材料一定的抗菌能力,而且提高了親水性,使其具備一定抗細菌粘附能力。CKK-8毒性分析表明,該材料對巨噬細胞RAW264.7的毒性較小。為進一步提高QND改性樹脂的抗菌性能,避免材料表面季銨鹽抗菌基團因“接觸抑制”作用而影響抗菌活性,采用原位還原法在QND表面負載納米銀,制備出Ag/QND納米復合粒子,與樹脂基質(zhì)共聚構(gòu)建雙重抗菌模式的牙科修復材料。負載納米銀后,Ag/QND仍保持良好的解團聚效果,抗菌性能大幅提高,在90min內(nèi)即可完全殺滅菌液中E.coli。利用多種生物學手段對改性樹脂的抗菌性能進行了考察,在陽離子聚合物的接觸型殺菌和銀納米粒子釋放型殺菌協(xié)同作用下,1.0 wt%Ag/QND改性組殺菌率達82.1%,有效阻止了菌斑生物膜的形成。且材料的維氏硬度、彎曲強度和模量分別增加了51.1%、33.7%、24.9%。但相對于QND改性樹脂,由于該材料Ag+的“突釋”,對巨噬細胞RAW264.7的毒性有所上升。由于Ag/QND改性樹脂Ag+的“突釋效應”,長效抗菌性能不佳,且Ag+的釋放受制于環(huán)境氧含量。為解決上述問題,設計并制備了核殼結(jié)構(gòu)納米復合粒子AgBr/BHPVP,構(gòu)建Ag+緩釋型雙重抗菌模式的牙科修復材料。該納米復合粒子對E.coli和S.aureus的MIC值只有16μg/mL。由于殼層聚合物BHPVP的包裹作用,提高了AgBr的穩(wěn)定性,使得Ag+得以“緩釋”,且降低納米粒子細胞毒性。改性樹脂的機械性能研究結(jié)果表明,納米抗菌填料的加入并未對材料力學性能影響產(chǎn)生不利影響。另外,通過抑菌圈實驗、活/死染色實驗、直接接觸法綜合評估了改性樹脂對S.mutans的抗菌活性,由于Ag+的緩釋,即使經(jīng)過4個星期老化,仍具有優(yōu)異的抗菌性能,殺菌率達到91.9%。細胞毒性研究表明,巨噬細胞RAW264.7在1.5wt%改性組表面溫育7天存活率仍達80%以上。針對當前抗菌牙科修復材料無選擇性殺菌,可能導致口腔微環(huán)境失衡以及細菌耐藥性的問題,本研究依據(jù)致齲菌產(chǎn)酸導致齲病發(fā)生這一基本機制,利用陽離子單體ADMP、酸響應單元MAA和相容性改性單體HEMA的共聚物對納米Si02功能化改性,制備出酸響應抗菌納米復合粒子ASiO2,并與樹脂基質(zhì)共聚構(gòu)建酸響應型抗菌牙科修復材料。對ASiO2抗菌性能研究結(jié)果表明,在中性或堿性環(huán)境中對細菌幾乎不產(chǎn)生抑制作用,而在pH=5.5的弱酸環(huán)境表現(xiàn)出高效殺菌活性,對E.coli和S.aureus的MIC值只有16μg/mL,選擇性(HC50/MIC)高達156,且對小鼠成纖維細胞NIH-3T3幾乎不產(chǎn)生毒性。通過維氏硬度和三點彎曲試驗對改性樹脂的機械性能進行研究,由于納米填料與樹脂基質(zhì)有良好的相容性,固化后可形成半互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),提高了納米粒子與樹脂基體之間的界面結(jié)合力,各項力學性能大幅增加。對改性樹脂的抗菌性能探究表明,材料在中性環(huán)境下呈兩性離子狀態(tài)發(fā)揮抗細菌粘附作用,而在細菌感染的酸性環(huán)境下切變?yōu)檎姞顟B(tài)發(fā)揮高效抗菌作用,7.0wt%改性組對S.mutans的抗粘附率和殺菌率分別高達65.6%和94.9%�？拐掣胶涂咕凶儥C理探索發(fā)現(xiàn),主要通過材料表面納米粒子聚合物層-COO-質(zhì)子化和-COOH去質(zhì)子化實現(xiàn)抗菌和抗粘附的可逆切變。CKK-8毒性評估表明,與空白樹脂相比,該型抗菌牙科修復樹脂有利于細胞增殖生長,未產(chǎn)生明顯毒性。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;R318.08
【圖文】：

圖１．１牙科修復材料的發(fā)展逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｄｅｎｔａｌ邋ｒｅｓｔｏｒａｔｉｖｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑Ｂｉｓ－ＧＭＡ的分子結(jié)構(gòu)如圖１．２所示，在引發(fā)體系作用下，甲基丙烯酸酯既可進行單體逡逑分子間的均聚反應，也可以與其他甲基丙烯酸酯單體共聚，從而得到致密的高交聯(lián)網(wǎng)狀逡逑結(jié)構(gòu)，具有較強的機械性能。然而其含有的羥基基團易造成分子間形成氫鍵，使其在常逡逑溫下的黏度過高，在臨床使用中，常添加一定比例低粘度的稀釋單體雙甲基丙烯酸二縮逡逑三乙二醇酯（ＴＥＧＤＭＡ），與Ｂｉｓ－ＧＭＡ共同組成樹脂基質(zhì)（圖１．２）。另一種常用甲基丙烯酸逡逑酯基質(zhì)單體為氨基甲酸酯雙甲基丙烯酸酯樹脂單體（ＵＤＭＡ），相比于Ｂｉｓ－ＧＭＡ，其粘度逡逑低且韌性好，但折射指數(shù)低，添加填料之后可能降低體系的固化深度。因此，ＵＤＭＡ大逡逑多數(shù)情況下與Ｂｉｓ－ＧＭＡ配合使用。隨著材料學的不斷發(fā)展，牙科復合樹脂經(jīng)歷了從化學逡逑固化型到光固化型、從大顆粒填料至納米混合型填料的變化過程

—１＿壚逡逑缺損邋－１邋銀汞合金填充邋１胃復合樹脂填充ｆ逡逑圖１．１牙科修復材料的發(fā)展逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｄｅｎｔａｌ邋ｒｅｓｔｏｒａｔｉｖｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑Ｂｉｓ－ＧＭＡ的分子結(jié)構(gòu)如圖１．２所示，在引發(fā)體系作用下，甲基丙烯酸酯既可進行單體逡逑分子間的均聚反應，也可以與其他甲基丙烯酸酯單體共聚，從而得到致密的高交聯(lián)網(wǎng)狀逡逑結(jié)構(gòu)，具有較強的機械性能。然而其含有的羥基基團易造成分子間形成氫鍵，使其在常逡逑溫下的黏度過高，在臨床使用中，常添加一定比例低粘度的稀釋單體雙甲基丙烯酸二縮逡逑三乙二醇酯（ＴＥＧＤＭＡ），與Ｂｉｓ－ＧＭＡ共同組成樹脂基質(zhì)（圖１．２）。另一種常用甲基丙烯酸逡逑酯基質(zhì)單體為氨基甲酸酯雙甲基丙烯酸酯樹脂單體（ＵＤＭＡ），相比于Ｂｉｓ－ＧＭＡ，其粘度逡逑低且韌性好，但折射指數(shù)低，添加填料之后可能降低體系的固化深度。因此，ＵＤＭＡ大逡逑多數(shù)情況下與Ｂｉｓ－ＧＭＡ配合使用。隨著材料學的不斷發(fā)展

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本文編號：2749371