一種含氟離子的牙科樹脂單體及其製備方法和應用與流程
2023-12-03 10:18:11 2
本發明涉及牙科樹脂的技術領域，具體涉及一種含氟離子的牙科樹脂單體及其製備方法和應用。
背景技術：
齲齒及二次齲齒已成為當今不可忽視的口腔疾病之一，其主要是由口腔內的細菌與糖類或者碳水化合物作用產生酸性物質腐蝕牙釉質隨後逐漸深入而造成的。在最初酸性物質腐蝕牙釉質導致脫礦的過程中，使用氟化物可以幫助牙齒的自行重複充放，實現蛀牙的治療。氟作為公認的防齲元素，有包括降低牙釉質的酸性環境中的溶解性、促進牙釉質的再礦化、抑制細菌對糖類的攝取等作用，已被廣泛應用於各種口腔材料中。
常規應用於口腔中的材料大多需滿足以下幾點：一、良好的生物相容性及低毒性；二、合適的機械強度；三、優良的抗菌性能。目前主要的防齲含氟材料大多為由無機材料填充的樹脂類複合材料，物理包埋一定含量的無機氟化物，主要的使用方法：用酸液將牙釉質進行刻蝕，隨後塗上粘結劑，再將樹脂填充後固化，有時還需要容器將樹脂進行固定。其中的氟離子通過與口腔環境中的濃度梯度進行釋放，一般在最初的幾小時內存在爆釋的現象。因而其具有良好的機械強度及外觀性能，也能進行一定時間內氟離子的緩釋。
如公開號為cn101129294a的中國專利文獻中公開了一種納米含氟高強樹脂牙科材料及其製備方法，該樹脂牙科材料由甲基丙烯酸脂類單體、引發劑和含氟的無機填料(經過超聲分散得到納米級的生物陶瓷粉和矽粉)混合後再經光固化得到。該樹脂牙科材料雖然具有抗細菌、抗齲齒，機械強度及性能良好的優點，但由於加入了過多的無機填料(無機填料佔總重量的50～85％)，勢必造成對牙釉質的貼合度不夠高，且重複使用率不高，在臨床應用上還不夠高效方便。
公開號為cn101703450a的中國專利文獻公開了有助於抵禦繼發性齲病害的含氟牙用複合樹脂材料，該材料包括：樹脂單體8～70％、稀釋劑5～25％、光引發劑0.25～2％、共引發劑0.5～3％、改性後的無機納米填料20～85％，其中，改性的無機納米填料是由納米無機粉體經矽烷偶聯劑處理得到，納米無機粉體內含有重量分數為10～80％的介孔孔洞內負載了可溶性無機氟鹽的介孔二氧化矽微球。該樹脂材料解決了常規簡單摻雜氟鹽複合樹脂材料存在的釋氟過快，界面相容性差等問題。
除了上述直接向高分子樹脂中加入含氟的無機鹽外，還有一種引入氟的途徑，即採用含氟單體，該法在國外已有研究和應用，如us4515910的美國專利中採用含氟單體與甲基丙烯酸的聚合；又如us5037638的美國專利中研發了一種含hf單體，雖然可以提高釋放氟離子的能力，但聚合性能還不能令人滿意。
公開號為cn102060702a的中國專利文獻中公開了一種可見光固化含氟牙科樹脂單體/複合材料及製備方法，該單體為單體雙酚-a-雙[3-甲基丙烯醯氧基-2-(2-三氟乙醯氧基)丙基]醚或單體雙酚-s-雙[3-甲基丙烯醯氧基-2-(2-三氟乙醯氧基)丙基]醚，具體是通過雙酚a或雙酚s與甲基丙烯酸縮水甘油酯和三乙胺混合，經三氟乙酸酐和三乙胺作用製備得到。再將其與其他丙烯酸酯類單體混合後經可見光固化得到一種可見光固化含氟牙科樹脂複合材料。該複合材料中通過含氟單體的聚合從而引入氟，氟的引入可更加有效地預防齲齒的發生，但由於氟是通過c-f鍵鍵合在聚合物的分子鏈中，因此無法實現氟離子的長效緩釋及重複充放。
技術實現要素：
本發明提供了一種含氟離子的牙科樹脂單體，以其為含氟單體製備得到的牙科樹脂可實現氟離子的長效緩釋及重複充放，有效預防了齲齒的產生，且具有良好的抗菌性能。
具體技術方案如下：
一種含氟離子的牙科樹脂單體，結構式如下式(ⅰ)所示：
式中，r選自碳數為1～18的烷基，q選自
本發明還公開了所述的含氟離子的牙科樹脂單體的製備方法，具體為：
以含氮的乙烯基單體和滷代烷烴為原料，經烷基化反應製備得到中間產物，再經陰離子交換反應得到所述的含氟離子的牙科樹脂單體；
所述的含氮的乙烯基單體選自1-乙烯基咪唑(nvi)、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(dmaema)或丙烯酸二甲氨基乙酯(dmaea)；
所述的滷代烷烴選自碳數為1～18的1-氯代烷烴或1-溴代烷烴，優選為1-氯代乙烷(cl-c2)、1-溴代乙烷(br-c2)、1-氯代丁烷(cl-c4)、1-溴代丁烷(br-c4)、1-氯代辛烷(cl-c8)、1-溴代辛烷(br-c8)、1-氯代十二烷(cl-c12)、1-溴代十二烷(br-c12)、1-氯代十八烷(cl-c18)、1-溴代十八烷(br-c18)等。本發明中優選的滷代烷烴均為來源廣泛且成本低廉的品種，但從烷基化反應的機理出發，其它碳數的滷代烷烴也是完全適用於本發明的。
作為優選，所述的烷基化反應中，將等摩爾的含氮的乙烯基單體和滷代烷烴混合，室溫～60℃下反應完全，再經洗滌、乾燥後得到中間產物。
作為優選，所述的陰離子交換反應以氟化銀、氟化鈉或氟化鉀為離子交換試劑；
所述的中間產物與離子交換試劑等摩爾混合。
進一步優選，所述的陰離子交換反應中，先將中間產物溶解在去離子水中得到原料液ⅰ，再將離子交換試劑溶解在去離子水中得到原料液ⅱ，最後將原料液ⅰ與原料液ⅱ混合，室溫下反應完全，離心分離取上清液，即得到所述的含氟離子的牙科樹脂單體。
本發明還公開了所述的含氟離子的牙科樹脂單體在製備一種可重複充放氟離子的牙科樹脂中的應用：
所述可重複充放氟離子的牙科樹脂的原料組成包括丙烯酸酯類樹脂單體、稀釋劑和光引發劑，還包括上述的含氟離子的牙科樹脂單體。
作為優選，所述的丙烯酸酯類樹脂單體選自雙酚a-甲基丙烯酸縮水甘油酯；
所述的稀釋劑選自二甲基丙烯酸二縮三乙二醇酯；
所述的光引發劑選自樟腦醌和4-二甲氨基苯甲酸乙酯。
作為優選，其原料組成還包括粘度調節劑，所述的粘度調節劑選自無水乙醇。
所述的可重複充放氟離子的牙科樹脂可以作為粘接樹脂使用，也可作為填充樹脂使用。當其用做填充樹脂時，對其機械強度有一定的要求，因此其原料組成還包括無機填料，所述的無機填料選自碳酸鈣或磷酸鈣。
本發明通過將含氟離子的牙科樹脂單體與雙官能度的牙科樹脂配置成溶液，直接在牙釉質上通過紫外光固化，省去粘合劑等其他助劑；在保持機械強度的同時，聚合物部分包含的疏水部分和親水部分使得其在口腔環境中有良好的穩定性；同時通過離子交換，可以完成材料中氟離子向口腔環境內的釋放以及得到外源性含氟物質的補充，實現氟離子的重複充放功能，有效防止齲齒產生。
與現有技術相比，本發明具有以下突出優勢：
本發明製備的含氟離子的牙科樹脂單體中的氟離子是通過離子交換法製備得到，以該單體為含氟單體製備的牙科樹脂僅通過離子交換即可實現氟離子向口腔環境內的釋放及藉助外源性含氟物質實現氟離子的儲存和重複充放，簡便高效地實現了類似蓄電池的功能，達到長效抗齲的效果；
本發明製備的含氟離子的牙科樹脂單體或含有氮雜環陽離子，或含有季銨鹽陽離子，以其為含氟單體製備得到的牙科樹脂對造成齲齒的變形鏈球菌有良好的抗菌效果；
以本發明製備的含氟離子的牙科樹脂單體為含氟單體製備得到的牙科樹脂機械強度高，其聚合物鏈上同時具有親水和疏水部分，在口腔環境中穩定性較好；
本發明中製備牙科樹脂的工藝簡單、重複性好、普適性高，在醫用紫外燈下輻照即可快速實現樹脂的固化，潛在的經濟效益巨大。
附圖說明
圖1為實施例3製備的含氟離子的牙科樹脂單體的核磁共振譜圖；
圖2為實施例14製備的含氟離子的牙科樹脂單體的核磁共振譜圖；
圖3為本發明中製備含氟牙科樹脂的反應示意圖。
具體實施方式
下面通過實施例對本發明作進一步的說明，其目的僅在於更好的理解本發明而非限制本發明保護的範圍。
實施例1:nvi-f-c2牙科樹脂單體的製備
向25ml的單口燒瓶中加入3.22g(0.05mol)1-氯代乙烷和4.7g(0.05mol)1-乙烯基咪唑，40℃下攪拌72h。產物用乙醚與乙酸乙酯混合液沉澱三次，得到白色粉末狀固體，於真空烘箱常溫乾燥24h。
向25ml的單口燒瓶中加入上述中間產物0.79g(0.005mol)加入10ml去離子水溶解，將0.64g(0.005mol)氟化銀溶解於15ml去離子水中，在攪拌狀態下後者逐滴加入前者水溶液中，室溫下反應2h，低速離心(3500r/min)30min，取上層清液凍幹，得到目標單體。
實施例2～5
製備工藝同實施例1，區別僅在於將滷代烷烴分別替換為1-氯代丁烷、1-氯代辛烷、1-氯代十二烷、1-氯代十八烷。
實施例6
製備工藝同實施例1，區別僅在於將滷代烷烴替換為1-溴代乙烷，烷基化反應在室溫下進行72h。
實施例7～10
製備工藝同實施例6，區別僅在於將滷代烷烴分別替換為1-溴代丁烷、1-溴代辛烷、1-氯代十二烷、1-氯代十八烷。
實施例11
製備工藝同實施例1，區別僅在於將含氮的乙烯基單體替換為甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。
實施例12～15
製備工藝同實施例11，區別僅在於將滷代烷烴分別替換為1-氯代丁烷、1-氯代辛烷、1-氯代十二烷、1-氯代十八烷。
實施例16～20
製備工藝同實施例11，區別僅在於將滷代烷烴分別替換為1-溴代乙烷、1-溴代丁烷、1-溴代辛烷、1-溴代十二烷、1-溴代十八烷。
實施例21：含氟牙科樹脂的製備
將雙酚a-甲基丙烯酸縮水甘油酯和二甲基丙烯酸二縮三乙二醇酯以25:75的質量比混合，加入樹脂質量0.4％的樟腦醌和0.8％的4-二甲氨基苯甲酸乙酯，以0.3％氟離子質量加入實施例3製備的含氟離子的牙科樹脂單體，加入0.5ml無水乙醇調節濃度，混合均勻後倒入模具，在365nm紫外燈下輻照固化得到含氟牙科樹脂。
使用過程中，由於存在濃度梯度，樹脂材料中氟離子與口腔內唾液環境中的氯離子等陰離子進行離子交換從而釋放進入口腔，提高環境中氟含量，實現抗齲殺菌等效果。此過程在數天到幾周內可持續進行。日常使用外源性含氟物質如含氟牙膏、含氟漱口水等可再次對樹脂內的氟離子進行補充，而後實現氟離子的再次釋放，以此循環，即可在日常生活中利用含氟樹脂進行氟離子在口腔內的多次充放，實現長效抗齲。
實施例22
同實施例21，區別在於調節雙酚a-甲基丙烯酸縮水甘油酯和二甲基丙烯酸二縮三乙二醇酯以50:50的質量比混合。
實施例23
同實施例21，區別在於調節雙酚a-甲基丙烯酸縮水甘油酯和二甲基丙烯酸二縮三乙二醇酯以75:25的質量比混合。