A型和Y型分子筛强化牙本质粘接稳定性的研究
龋病是发生在牙体硬组织中的高发性细菌感染性疾病,与心脑血管疾病、肿瘤并称为人类重点防治的三大非传染性疾病,现已成为全球医疗卫生防治的重点之一.目前龋病以复合树脂直接粘接修复为主要治疗手段.牙本质作为龋病治疗中的主体结构,是无机-有机复合的天然生物组织.在粘接修复过程中,树脂单体与牙本质胶原纤维之间会形成树脂-牙本质粘接界面,这一粘接界面的稳定性和耐久性决定着龋病修复的治疗效果. 树脂-牙本质粘接过程中存在着多种导致界面不稳定的因素,主要包括 1)粘接体系中的酸性单体在溶解牙本质矿物质的同时激活内源酶,进而造成粘接界面中暴露的胶原纤维降解;2)部分树脂单体因其亲水性而促进水分在粘接界面富集,进而导致树脂水解;3)口腔微环境中的唾液成分、细菌及副产物酶等也会造成胶原纤维和树脂的进一步水解.针对上述因素,如何减少胶原纤维降解、树脂水解和细菌附着是提高粘接界面稳定性和耐久性的关键.为此,本论文设计开发了具有抗菌、抗内源酶及促再矿化等综合功能的分子筛添加体系,显著强化了牙本质粘接稳定性,有望大幅度提升龋病治疗效果. 分子筛属于结晶性微孔硅铝酸盐材料,能够在局部体液环境中发生持续的离子交换与释放,具有良好的生物相容性、高热/化学稳定性和耐酸性能,且其结构表面的 Si-OH 可与粘接体系实现互溶,具有良好的临床应用前景.在目前已报道的248种分子筛结构中,A型和Y型分子筛是发现较早、研究较为成熟的两种分子筛材料.本研究中,我们分别利用不同尺寸大小的A型和Y型分子筛作为研究载体,进行 Ag+和 Zn2+功能离子的负载,改良一步法自酸蚀粘接体系,以期通过全面提高牙本质粘接过程中抗菌、抗内源酶和促再矿化等抵抗界面降解的能力来强化牙本质粘接的稳定性及耐久性.通过选择合适的金属阳离子和分子筛结构类型,以及对分子筛晶体改性,本论文开发了三种能显著提高树脂-牙本质粘接界面长期稳定性的分子筛添加体系,主要研究结果如下: 在第二章中,我们首先合成了具有低Si/Al比,晶体尺寸在500 nm?1 μm的A型分子筛,对其进行Ag+和Zn2+离子交换,制备出高效负载的AgA和ZnA分子筛.通过进行分子筛基本表征和生物表征(生物相容性和最小抑菌抗菌浓度)等测试,进而检测其对改性粘接体系的理化性能、抗菌性能及粘接性能的影响.研究结果表明:AgA和ZnA分子筛的浓度在2 mg/mL以下具有良好的生物相容性;在人工唾液中展现出良好的 Ag+和 Zn2+的缓释能力;0.2 wt.%的 AgA 分子筛在不影响理化性能和粘接性能的情况下显著提升粘接体系的抗菌性能;0.2 wt.%的ZnA分子筛在赋予粘接体系抗菌性能的同时还可提高其对牙本质的湿润性能;0.2 wt.%的ZnA及AgA/ZnA(Ag∶Zn=1∶1)分子筛的应用,可将5000次热循环老化下的远期牙本质粘接强度提高~25%.本实验合成的 AgA 和 ZnA 分子筛依靠离子缓释效应发挥界面抗菌功能并强化界面稳定性,而分子筛进入胶原纤维间隙含水区域所发挥的功能还有待研究. 在第三章中,为了进一步促进分子筛进入胶原纤维间隙,研究其在 40 nm胶原纤维间隙中抑制内源酶解以及促再矿化的能力,我们制备了晶体尺寸约为20 nm 的 ZnY 分子筛,并进行了分子筛基本表征、生物相容性表征以及改性粘接体系相关的理化性能、内源酶活性、再矿化能力、微渗漏和粘接性能等表征测试.研究结果表明:ZnY分子筛的浓度在10 mg/mL以下具有良好的生物相容性;在人工唾液中展现出良好的Zn2+缓释能力;添加0.2 wt.%、0.5 wt.%和1 wt.%的 ZnY 分子筛均可有效提高粘接体系对牙本质的润湿性能,抑制界面中内源酶的活性,并实现7 d人工唾液储存条件下界面的矿化沉淀,促进界面底部及牙本质小管壁产生再矿化,降低 3 个月人工唾液老化条件下的牙本质粘接界面的微渗漏,将 5000 次热循环老化的牙本质远期粘接强度提高~ 28%.此外,1 wt.% ZnY分子筛还增强了胶原纤维的交联.本实验中1 wt.% ZnY分子筛在粘接体系中分布密集,其在胶原纤维间隙之间的渗透有待加强. 在第四章中,为了进一步提高分子筛的分散能力和渗透能力,我们利用十六烷基三甲基硅烷(HDTMS)对 ZnY 分子筛的表面进行了修饰,制备了疏水型 ZnY-HDTMS 分子筛,并针对该种分子筛对牙本质粘接耐久性的影响进行了系统的表征研究.结果表明,疏水型 ZnY-HDTMS 分子筛在人工唾液中依然能够保持良好的 Zn2+缓释能力,并具有良好的生物相容性.0.2 wt.%、0.5 wt.%和1 wt.%的 ZnY-HDTMS 分子筛在有效抑制树脂-牙本质粘接界面中内源酶活性、促进树脂-牙本质粘接界面及牙本质小管壁的再矿化,进一步实现胶原纤维间再矿化、降低粘接界面微渗漏的基础上,将5000次热循环老化下牙本质的远期粘接强度显著提高了～46%,其中0.5 wt.%、1 wt.% ZnY-HDTMS分子筛还可有效促进胶原纤维的交联,在提高牙本质粘接稳定性方面具有更广阔的应用前景. 本论文研究结果表明,负载Ag+和Zn2+的A型和Y型分子筛能够显著增强牙本质粘接界面的长期稳定性.基于添加分子筛无机功能材料的牙本质粘接体系的研发,可为提高龋病修复治疗效果提供新的思路.
龋病;复合树脂粘接修复;A型分子筛;Y型分子筛;牙本质;粘接稳定性
吉林大学
博士
口腔临床医学
张志民
2023
中文
R781.1;R781.05
2023-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）