可结合的微胶囊和表面官能化填料的制作方法

本申请总体来说涉及可用于包含微胶囊的复合材料的组合物、方法和产品。该组合物包含具有可聚合官能团的微胶囊，可聚合官能团被添加到单体或聚合物连续相中，以增强复合材料的力学性能。此外，微胶囊可以填充有液相，其进一步改善复合材料的力学性能，或使复合材料具有生物活性，包括但不限于促进再矿化和赋予复合材料抗微生物活性。

背景技术：

人们在很多情况下会使用牙科复合材料来填充龋齿和改善牙齿健康。以前人们曾经在各种牙科修复手术中使用金属基汞合金，然后是瓷或其他陶瓷材料。现在，合成复合材料被用作这些手术的这些材料的可行的替代物。复合材料是聚合物，或者称为树脂，其具有至少一种添加剂。添加剂可以是添加到聚合物或树脂中以赋予所需性质的任何物质。复合材料通常在开始时为糊剂或液体，并且当其被活化时（通过加入催化剂、加入水或另一种溶剂、或光活化）开始硬化。有利地，合成复合材料相对于瓷器或其它陶瓷材料提供美学上更自然的外观。

合成复合材料通常由多种组分的复杂混合物制成。合成复合材料必须完全可溶于液体载体中，但保持可流动和粘稠；在聚合期间经历最小的热膨胀;与牙釉质和胶体牙质的周围表面生物相容;并且在色调和可抛光的质地方面与天然牙列具有美学相似性。此外，合成复合材料必须具有足够的力学强度和弹性以承受常规的压缩咬合力，没有异常磨损并且不会对牙质表面造成磨损。

不同种类的合成复合材料可大致分为三个主要产品组：合成树脂基牙科复合材料，玻璃基牙科复合材料和混合牙科复合材料。

合成树脂基牙科复合材料通常包括组合在一起的几种单体。单体是可以作为聚合物的一部分进行结合的化学品。合成树脂基牙科复合材料包括其它材料，例如硅酸盐玻璃或对复合材料提供必要的耐久性的加工陶瓷。这些材料也可以由无机材料制成，由单一类型或混合种类的颗粒状玻璃、石英或熔融二氧化硅颗粒组成。使用不同类型的无机材料，具有不同直径大小或尺寸的混合物，会导致不同的材料特性。

玻璃基牙科复合材料由溶解在聚链烯酸酸水溶液中的玻璃颗粒（例如粉末状氟铝硅酸盐）制成。酸/碱反应自发地发生，引起金属聚链烯酸酯的沉淀，其随后逐渐固化。玻璃颗粒可以由硅酸盐（如二氧化硅或硅酸铝）制成，但也可以包括钡、硼硅酸盐、氧化铝、铝/钙、氟化钠、锆或其它无机化合物的混合物。一些较早的玻璃基复合材料被配制成主要含有丙烯酸和衣康酸共聚单体的混合物。然而，最近这种杂化产物被改性以包括其它可聚合组分，例如hema或bisgma。

混合复合材料是合成牙科复合材料的第三类。混合复合材料将玻璃颗粒与一种或多种聚合物结合。混合复合材料可以包含除了聚链烯酸酯之外的水溶性聚合物，例如甲基丙烯酸羟乙酯（hema）和通过光活化催化的其它共聚甲基丙烯酸酯改性的多元羧酸。其它杂化复合材料可以被改性以包括通过与过氧化物反应催化的可聚合叔胺。

合成牙科复合材料越来越多地用于例如恢复和修补这样的牙科手术当中。恢复和修补例如包括填充物、冠、桥、假牙、正牙器具、粘合剂、柱和用于牙种植体的辅助部件，这里仅列举几个例子。最常见的是，合成牙科复合材料用于前iii级和v级重建，用于较小尺寸的i类和ii类臼齿重建，用于美牙贴面的颜色匹配，以及用于牙冠和覆盖层的胶合。然而，人们已经注意到这些材料的某些缺点。例如，可能保留在复合材料中的痕量的未转化的单体和/或催化剂，如果随后在人体中被系统地吸收，可能会对生理有害。

与合成复合材料相关的另一个主要缺点是它们趋向于更快地磨损，特别是当放置成与牙齿承载表面附着接触时，这种缺陷通常限制了这种材料的主要用于修复前上颌或易于看见的下颌骨表面内的缺陷的有目的的使用。

与合成复合材料相关的最显著的缺点也许是它们具有相对较低的抗断裂性。复合材料内的甚至相对较小的表面不连续性，无论是否由有害的创伤或咬合应力产生，都可能逐渐变宽和膨胀，最终导致重建或修复的部分或完全分解。这种对断裂的更大敏感性被认为与牙齿重建或修复相关。

在重建或修复之前，断裂敏感性也与所需的合成复合材料的量的比例体积或可用的完整釉质和牙本质牙齿材料的较小部分相关。从“断裂牙齿综合征”的研究中可以确定，一旦发生损伤性断裂，牙齿损失几乎是不可避免的，特别是对于先前已经填充的龋齿。具有更大抗断裂性的改进的合成复合材料具有显著的优势。

骨组织断裂和损伤的敏感性与需要在牙齿材料中填充龋齿的儿童和成人相关。然而，众所周知，在个体的寿命周期内骨量会发生某些变化。大约40岁后，继续生命的最后阶段，男性和女性都会发生慢性骨质流失。骨矿物质含量的流失可以由多种病症引起，并且可能导致显著的医学问题。如果组织矿化过程没有适当调节，结果可能是矿物质太少或太多，其中任何一个都可能损害骨骼健康、硬度和强度。目前已知许多骨生长障碍引起骨重塑循环中的不平衡。其中主要的是代谢性骨疾病，例如骨质疏松症、骨增殖（骨软化症）、慢性肾衰竭和甲状旁腺功能亢进，其导致称为骨质缺乏的骨质异常或过度流失。其他骨疾病，例如佩吉特病，也在局部部位引起骨量的过度流失。

骨质疏松症是由骨形成、骨吸收或两者的不平衡导致的骨量流失引起的骨骼的结构恶化。骨吸收是破骨细胞分解骨并释放矿物质，导致钙从骨液体转移到血液的过程。骨吸收主导骨形成阶段，从而降低受影响的骨的承重能力。在健康成年人中，形成和吸收骨的速率紧密协调，以便维持骨骼骨的更新。然而，在骨质疏松的个体中，这些骨重塑循环的不平衡发展，导致骨量的流失和骨架连续性中微结构缺陷的形成。通过重塑序列中的扰动产生的这些骨骼缺陷累积并最终到达骨骼的结构完整性严重受损和断裂可能的点。虽然这种不平衡在大多数个体随着年龄而逐渐发生，然而对于绝经后妇女更加严重，发病率很高。此外，骨质疏松症也可能由营养和内分泌失衡，遗传性疾病和许多恶性转化引起。

人体在患骨质疏松症之前会发生临床骨质减少（骨矿物质密度大于一个标准偏差，但低于年轻成年人骨平均值的2.5个标准偏差以内），这是在美国约2500万人中发现的病症。在美国另有7-8百万患者被诊断为患有临床骨质疏松症（定义为骨矿物质含量低于成熟的年轻成人骨骼的2.5个标准偏差以上）。骨质疏松症是医疗保健系统中最昂贵的疾病之一，在美国每年花费数十亿美元。除了与保健相关的成本，长期住院护理和损失的工作日增加了这种疾病的财政和社会成本。全世界约有7500万人面临骨质疏松的风险。

人群中的骨质疏松症的频率随年龄增加，并且白种人中的骨质疏松症的频率在女性中占主导，其在美国占骨质疏松症患者库的约80％。此外对于女性，另一个阶段的骨流失可能是由于绝经后雌激素缺乏。在骨流失的这个阶段，女性可以在皮质骨中流失另外10％，在骨小梁中流失25％。老年人骨骼断裂的脆弱性和敏感性增加，这种人群中意外跌倒的风险更大。在美国每年报告超过150万骨质疏松相关的断裂。髋部、手腕和椎骨断裂是与骨质疏松症相关的最常见的损伤之一。尤其是髋部断裂，其对于患者是非常不舒服和昂贵的，并且对于女性而言，与高死亡率和发病率相关。

患有慢性肾功能（肾脏）衰竭的患者几乎普遍遭受称为肾性骨营养不良的骨骼骨量的流失。虽然已知肾功能障碍导致血液中钙和磷酸盐的不平衡，但迄今通过透析补充钙和磷酸盐并不能显著抑制患有慢性肾衰竭的患者的骨营养不良。在成人中，骨营养不良症状通常是发病的重要原因。在儿童中，由于不能维持和/或增加骨质量，肾衰竭经常导致不能生长。

成骨也称为骨软化（“软骨”），是骨矿化（例如不完全矿化）中的缺陷，并且通常与维生素d缺乏（1,25-二羟基维生素d3）有关。该缺陷可引起骨中的压缩性断裂，骨量减少，以及代替骨组织的扩张的肥大区和增殖性软骨。缺乏症可能是由于营养缺乏（例如儿童佝偻病），维生素d或钙的吸收不良，和/或维生素的代谢受损。

已知甲状旁腺功能亢进（甲状旁腺激素的过度产生）引起钙的吸收不良，导致异常骨流失。对于儿童，甲状旁腺功能亢进会抑制生长，对于成人，骨骼完整性会受损，肋骨和椎骨的断裂是典型的。甲状旁腺激素失衡通常可能由甲状腺腺瘤或腺增生引起，或可能由类固醇的长期的药理学使用而引起。继发性甲状旁腺功能亢进也可由肾性骨营养不良引起。在疾病的早期阶段，破骨细胞被刺激以响应存在的过量激素而再吸收骨。随着疾病的进展，小梁骨最终被吸收，骨髓被纤维化，巨噬细胞和由于微裂缝而出现的出血区域所替代，临床上称之为骨炎纤维性炎症。

佩吉特氏病（变形性骨炎）是目前被认为具有病毒性病因的疾病，其特征在于在局部位置发生过度的骨吸收，所述局部位置发炎和愈合，但最终是慢性和进行性的，并且可能导致恶性转化。该疾病通常影响25岁以上的成年人。

尽管骨质疏松症已被定义为由于骨量减少而导致的断裂风险的增加，但是目前可用的骨骼疾病治疗中没有一种可以显著增加成人的骨密度。在医生中存在强烈的观点，需要使用可能增加成年人的骨密度的药物，特别是存在骨质减少和骨质疏松症风险的手腕、脊柱和髋骨骨骼中。

用于预防骨质疏松症的当前策略可以为个体提供一些益处，但不能确保疾病的解决。这些策略包括调节身体活动，特别是负重活动，包括高龄发病，包括饮食中足够的钙，以及避免饮用含酒精或烟草的产品。对于呈现临床性骨质减少或骨质疏松症的患者，所有目前的治疗药物和策略旨在通过抑制骨吸收过程来减少骨量的进一步流失，是结构性发生的骨重建过程的天然成分。

例如，雌激素目前被开药用于延缓骨流失。然而，对于是否对患者有任何长期益处以及对75岁以上的患者是否有任何作用存在一些争议。此外，据信使用雌激素会增加乳腺和子宫内膜癌的风险。对于绝经后妇女也提出了高剂量的含有或不含维生素d的饮食钙。然而，摄取高剂量的钙常常具有令人不快的胃肠道副作用，并且必须连续监测血清和尿钙水平。

已经提出的其它治疗剂包括降钙素、双膦酸盐、合成代谢类固醇和氟化钠。然而，这样的治疗剂具有不良的副作用，例如，降钙素和类固醇可能引起恶心并引起免疫反应，即使骨密度适度增加，双膦酸盐和氟化钠可能抑制断裂的修复，这可能会妨碍它们的使用。

上述病症是可能导致患有给定病症的个体的骨骼发生骨折、裂缝或断裂的病症的实例。当前的治疗方法不足以治疗所述疾病，当个体发生骨折时，需要改善对骨折的治疗。本发明提供了用于局部治疗骨的骨折，裂缝，断裂和类似损伤的改进的组合物、产品和方法，或通过增加骨的矿化机制来加强分解的骨组织。可以想到，本发明还引起周围结缔组织的矿化，例如胶原、软骨、腱、韧带和其它致密结缔组织和网状纤维。

口腔

关于口腔中的组织分解，在牙科技术中通常已知的是，在口腔中随时间发生的某些种类的牙齿分解和衰变通过用牙釉质的酸蚀刻引发，牙釉质的来源酸是由对口腔中的食物颗粒的细菌和酶作用产生的代谢物。通常理解，由微生物、蛋白质和碳水化合物物质、上皮细胞和食物残渣的组织结构组成的在牙齿表面上的软积聚而产生的斑块是口腔牙齿和软组织的各种病理状况发展的促成因素。与斑块相关的口腔的糖分解生物通过代谢活动导致斑块基质下的牙齿的脱矿质或脱钙，这导致有机酸的积聚和局部浓缩。牙釉质的蚀刻和去矿化会继续，直到它们在口腔内引起龋齿和牙周病的形成。

牙齿通过矿物质流失和修复的周期循环，这也是口腔中ph波动的结果。在给定牙齿位置处矿物的总流失或增加确定龋齿过程是否会退化、稳定或进展到不可逆状态。许多相关的患者因素影响该周期的再矿化和去矿化部分之间的平衡，并且包括口腔卫生、饮食、唾液的数量和质量。在该过程的最极端点，将需要进行恢复以修复牙齿。

用于预防和减少口腔内牙斑和龋齿的方法通常涉及使用牙膏刷牙；用牙线机械地去除斑块；施用漱口剂、洁齿剂和抗菌剂冲洗口腔；用氟化物剂、钙剂和增白剂对牙齿进行再矿化和美白，以及对口腔的各种其它应用。在该领域仍然缺少用于牙齿再矿化的递送系统，其用于解决在口腔中连续地面向牙齿的去矿化的挑战。

已经达到衰退的晚期阶段的牙齿通常需要在口腔内安装牙齿修复物。一半的牙科修复物在10年内失效，更换它们消耗了普通牙医工作时间的60％。当前的牙科材料受到口腔的恶劣的机械和化学环境的挑战，其中继发龋是失效的主要原因。通过设计新的牙科材料或新的树脂系统，增强现有材料，并且在材料中结合生物活性剂以抗击微生物破坏和维持口腔的恶劣的机械和化学环境，需要继续开发更强和更持久的生物相容性牙科修复物。

尽管采取了许多预防性口腔健康策略，龋齿仍然是显著的口腔健康问题。超过50％的6-8岁的儿童将有龋齿，超过80％的17岁以上的青少年将患过这种疾病。龋齿对于成年人也是一种主要疾病，也是已治疗牙齿的复发性疾病。诊断和治疗的进步促成了治疗龋齿的非侵入性再矿化技术。然而，机械地去除患病的硬组织以及恢复和替换牙釉质和牙本质仍是治疗原发龋齿、恢复牙齿功能并且阻止进一步龋坏的最广泛使用的临床策略。此外，近50％的新安装的修复体是更换失效的修复体。显然，修复材料是治疗这种普遍疾病的关键组成部分。

近年来，修复材料的选择已经显著改变。尽管牙科汞合金仍然被认为是成本有效的材料，但是对牙色替代物的需求不断增长，这将提供牙科汞合金所享有的相同的临床寿命。复合树脂的使用作为用于替代汞合金以用于后修复的修复材料的首选材料在国际上显著增长。这种需求部分地由消费者驱动，这是由于对美容材料的偏好以及对汞合金的汞含量的关注。它也是由牙医驱动的，承认树脂基粘合材料在保护甚至支持牙齿结构方面的承诺。许多研究表明，将修复物结合到剩余的牙齿结构减少了多表面永久磨牙制剂的断裂。不幸的是，用直接树脂修复材料修复的后牙具有较高的继发龋的发生率。与汞合金相比，这导致复合树脂材料的临床服务更短和临床适应症更窄。

恢复替换的最常引用的原因是在现有修复周围或邻近的周期性衰减。由于聚合收缩导致的边缘处的断裂可能导致修复体和收集牙斑的牙齿之间的界面处的临床环境，从而促进衰变。因此，开发具有抗龋齿能力的牙科材料是延长修复体寿命的非常优先的考虑。

牙齿再矿化

虽然自然再矿化总是在口腔中发生，但是活性水平根据所讨论的口中的条件而变化。在再矿化过程中掺入氟化物一直是预防龋齿的基础。从各种递送平台（包括某些牙齿修复材料）释放的氟化物的有效性已经被广泛证明。普遍得到接受的是，来自氟化物的龋齿预防来源于其作为氟磷灰石或氟化物富集的羟基磷灰石掺入牙齿矿物中，从而降低牙釉质的溶解度。最近，已经证明使用将溶液中的钙和磷酸盐浓度增加到超过口腔液体中的环境浓度水平的策略的抗龋活性。为了使氟化物有效地再矿化先前脱矿质的釉质，必须有足够量的钙和磷酸根离子。对于每两（2）个氟离子，需要十（10）个钙离子和六（6）磷酸根离子以形成氟磷灰石（ca10(po4)6f2）的单元。因此，净釉质再矿化的限制因素是唾液中钙和氟化物的可用性。

磷酸钙的低溶解度限制了其在临床递送平台中的使用，特别是当存在氟离子时。这些不溶性磷酸盐只能在酸性环境中产生可用于扩散到釉质中的离子。它们不能有效地定位于牙齿表面，并且难以以临床上可用的形式施用。由于其固有的溶解性，可溶性钙和磷酸根离子只能以非常低的浓度使用。因此，它们不产生驱动扩散进入牙齿的表面下釉质的浓度梯度。由于钙氟化物磷酸盐的溶解度更低，溶解度的挑战会加剧。

使用已经商业化到各种牙齿传送模型中的钙和磷酸盐制剂存在几种商业上可获得的方法。据报道，这些已被复合以克服钙和磷酸根离子对于再矿化过程的有限的生物利用度。第一种技术使用用无定形磷酸钙（acp）稳定的酪蛋白磷酸肽（ccp）（cadburyenterprisespte.ltd<吉百利企业有限公司>的ccp-acp）。假设酪蛋白磷酸肽可促进高浓度的离子可用的钙和磷酸盐的稳定化，甚至在氟化物的存在下。该制剂结合薄膜和斑块，并且当酪蛋白磷酸肽防止牙结石形成时，离子可用于沿浓度梯度向下扩散到促进再矿化的表面下釉质损伤。与ccp-acp相比，在本发明的组合物中，由于盐已经在本发明的微胶囊中溶剂化，可获得生物可利用的离子。无定形磷酸钙不溶于水或唾液。虽然制造商要求从无定形磷酸钙释放生物可利用的离子，但它不是复合材料溶解的结果。第二种技术（enamelon）使用不稳定的无定形磷酸钙。在形成无定形磷酸钙的双室装置中分别引入钙离子和磷酸根离子作为洁齿剂。有人提出，无定形络合物的形成能促进再矿化。第三种方法使用含有磷酸钙钠的所谓生物活性玻璃（novamintechnologyinc.<诺华敏技术公司>的novamin）。有人提出，玻璃释放可用于促进再矿化的钙和磷酸根离子。最近，已经使用氧化锆-杂化的acp复合牙科复合材料制剂，其可能有助于临床再矿化。

虽然recaldent®和enamelon®制剂具有表明增强了再矿化的原位和体内证据，但是这些是局部应用的，并且不特别针对牙齿修复界面的复发性龋齿的风险最大的位置。尽管生物活性玻璃和氧化锆-杂化的acp填料技术具有潜力，但是由于处理脆性填料的挑战和它们在控制填料粒度方面的一些限制，它们在制剂范围方面相对不灵活。

用于减少口腔中龋齿的另一种方法是通过饮用水氟化来限制釉质和骨的去矿化。已经表明，饮用水中所含的氟化物在一定程度上结合到羟基磷灰石中，釉质和骨的主要无机成分。氟化羟基磷灰石不易被酸脱去矿物质，因此被视为抵抗酸性斑块和袋代谢物的降解力。此外，唾液中的氟离子浓度通过消耗氟化饮用水而增加。因此唾液用作另外的氟离子储存器，并且与唾液中天然存在的缓冲盐组合，氟离子在釉质表面上积极交换，进一步抵消脱矿质酸代谢物的作用。

尽管牙齿的氟化物治疗具有确定的益处，但氟离子处理可导致取决于个体的牙齿的不规则斑点或斑点，无论通过饮用水施用还是通过局部施用的氟化物治疗施用。已知这种效应是浓度相关的和患者特异性的。此外，氟化物的毒理学正在研究其对人类健康的长期影响。所需要的是在口腔中氟化的有针对性的方法。

限制口腔环境中微生物群落增殖的另一种方法是通过局部或系统应用广谱抗菌化合物。减少口腔中的口腔微生物群落的数量导致斑块和袋积累及其破坏性酸性代谢产物的直接减少或消除。该特定方法的主要缺点是在口腔环境中发现多种良性或有益的细菌菌株，其可以以与有害菌株相同的方式被相同的抗菌化合物杀死。此外，用抗菌化合物的处理可以选择某些细菌和真菌，其然后可以对施用的抗细菌化合物具有抗性并因此增殖，不受适当平衡的微生物群落的共生力的约束。因此，单独施用或施用广谱抗生素对于治疗龋齿是不明智的，并且需要更具体、有针对性的方法。

牙齿美白

牙齿美容增白或漂白已成为普通公众非常需要的技术。许多个人希望有一个“灿烂”的微笑和白色的牙齿，并认为黯淡和有牙渍的牙齿在美容上没有吸引力。遗憾的是，没有预防或补救措施，由于牙科材料的吸收性质，牙齿的牙渍几乎是不可避免的。诸如进食、咀嚼或饮用某些食物和饮料（特别是咖啡、茶和红葡萄酒）的日常活动以及吸烟或其他口服使用烟草产品导致对牙齿表面的不良的染色。获得的防护薄膜的外在染色是由于诸如单宁和多酚化合物等化合物被结合并被紧密地结合到牙齿表面上的蛋白质层而产生的。这种类型的染色通常可以通过牙齿清洁的机械方法去除。相反，当染色化合物穿透釉质，甚至牙本质或从牙齿内的来源产生时，发生本征染色。这些材料中的色原体或导致颜色的物质成为薄膜层的一部分并且可以渗透釉层。即使有规律的刷牙和使用牙线，多年的色素累积可以产生明显的牙齿变色。内在染色也可以由微生物活性引起，包括与牙斑相关的微生物活性。这种类型的染色不适于采用牙齿清洁的机械方法，而需要采用化学方法。

在没有具体限定本发明的作用机制的情况下，本发明的组合物、产品和方法能够使盐沉淀到口腔中的牙齿表面上，并使得盐可用于粘附到牙齿表面和牙齿的再矿化。矿化盐沉积在牙齿的间隙空间中，使牙齿更光滑，增加了来自牙齿表面的光的反射，从而使牙齿具有更亮、更有光泽的外观和更白的视觉效果。此外，再矿化过程提供改善的釉质再矿化，从而治疗和预防口腔中的龋齿。

因此，需要提供能够克服现有技术限制的改进的组合物、方法和产品。挑战仍然在于产生增强复合材料的力学性能的微胶囊和微胶囊制剂，并且其中位于半透性微胶囊内的液相为复合材料所附着的复合材料或表面提供有益的材料。因此，这种材料包括用于牙齿再矿化技术平台中的材料，用于并入稳定且有效的组织再矿化离子，所述组织再矿化离子可以掺入大量的牙科材料和各种产品中。这种递送平台将有助于牙科产品的配制，例如能够使牙齿再矿化的任何数量的洁牙剂。

如本文所述的组合物、产品和方法的实施方案满足这些和其它需要。为了与牙齿材料一起使用，最终的影响是改进的微胶囊，其能够减少复发性龋齿，这是修复替换、牙齿美白、使得口腔中牙齿的总体强度和健康得到改善的最普遍的原因。

技术实现要素：

通过官能化微胶囊的表面然后与其它结构共价键合，获得与复合材料的连续相和不连续相的更好的均匀化相关的改善的力学性能的组合物、方法和产品。

本发明的另一方面提供了使用包含可聚合官能团的微胶囊以增强复合材料的材料性质的组合物、产品和方法，其中所述微胶囊可填充有任何数量的生物、机械、修复或适合于处理复合材料所附着材料的其它材料。例如，再矿化材料可以包括盐离子，其用于增加局部部位处的骨矿化或者直接对口腔中的牙齿进行再矿化。因此，这样的材料可以与多种病症的治疗联合使用，其中作为通过生理盐（特别是钙和磷酸盐）的生物利用度而改善的任何病症的结果，可望增加骨骼或组织质量。

本发明的另一方面涉及通过产生具有独特形态和化学组成的新型填料的能力来进一步改善复合材料的力学性能。因此，本文所述的实施例涉及制造过程的简化，不需要进行填料表面处理的附加步骤。相应地，该实施方案改善了复合材料的力学性能的，并且其通过如下方式进行改善：填料可以制成携带能够以可控方式释放的治疗剂。

在另外的实施方案中，本发明还公开了通过使用非治疗性填料改善复合材料的力学性能或改进复合材料中使用的填料的制造方法的组合物和方法。本发明提供了可用于许多产业（特别是口腔保健）的产品。本发明提供了包括置于不连续相内的填料的组合物，其中特定的填料包括用可聚合官能团表面官能化的液体填充的微胶囊。当与单体和引发剂组合时，这些填料允许产生具有共价键合在一起的连续相和不连续相的复合材料。连续相和不连续相的共价键合促使复合材料的力学性能的显著改善，特别是在断裂力学领域。本发明的组合物提供了产生可结合的生物活性微胶囊的机会，其中微胶囊用含有治疗剂的液体填充。本发明的组合物不仅通过填料和连续相之间的共价键合而提供优异的断裂性能，而且如果微胶囊填充有能量吸收材料（例如橡胶或硅酮），它还可以提供其它力学性能的改进。

本公开的另一方面包括适于牙科材料产业中的工业产品的可结合的生物活性微胶囊，其中包封在可结合的微胶囊中的液体包含钙、磷酸盐或氟化物的盐的水溶液，然后将那些微胶囊掺入牙科材料产品以用于促进再矿化。此外，封装在可结合的微胶囊中的液体含有抗微生物剂的水溶液，包括但不限于苯扎氯铵或氯化十六烷基吡啶，然后将那些微胶囊掺入具有抗微生物性能的牙科材料产品中。类似地，在某些实施方案中将再矿化化合物和抗微生物化合物进行组合也是可取的。

本质上，本发明通过具有内置的表面官能化，在增强了复合材料的力学性能的同时还简化了复合材料的制造，而且根据其化学组成增加了使填料具有治疗性或力学韧性的益处。

本公开的另一方面包括组合物，其包含单体、引发剂和包封盐的水溶液的微胶囊，其中所述微胶囊具有用能够与所述单体聚合的可聚合官能团官能化的表面。

本公开的另一方面包括组合物，其包含单体、引发剂和包封盐（特别可以是钙、氟化物、磷酸盐或其组合）的水溶液的微胶囊，其中所述微胶囊具有用能够与所述单体聚合的可聚合官能团官能化的表面。

本公开的另一方面包括组合物，其包含聚合物连续相和包封盐（特别是钙、氟化物、磷酸盐或其组合）的水溶液的微胶囊，其中所述微胶囊具有用能够与所述单体聚合的可聚合官能团官能化的表面。

本公开的另一方面包括组合物，其包含聚合物连续相和包封液体的微胶囊，其中所述微胶囊具有用共价键合到所述连续相的可聚合官能团官能化的表面。

另一个实施方案涉及的组合物包含连续相、不连续相和引发剂，其中所述连续相包含单体，所述不连续相包含至少一种填料，所述填料包含包封液体的微胶囊，其中所述微胶囊具有用能够与所述单体聚合的可聚合官能团官能化的表面。

另一个实施方案涉及的组合物包含单体、引发剂和包封盐的水溶液的微胶囊，所述盐选自苯甲烃铵、十六烷基吡啶、碘化物及其组合所组成的群组，其中所述微胶囊具有用能够与所述单体聚合的可聚合官能团官能化的表面。

另一个实施方案涉及的组合物包含tegma（triethyleneglycoldimethacrylate，三甘醇二甲基丙烯酸酯）和bisgma（(bisphenolaglycerolatedimethacrylate，双酚a甘油酸酯二甲基丙烯酸酯）单体、引发剂和包封盐的水溶液的微胶囊，所述盐选自苯甲烃铵、十六烷基吡啶、碘化物及其组合所组成的群组，其中所述微胶囊具有用能够与所述单体聚合的可聚合官能团官能化的表面。微胶囊在组合物的2-5w/w％之间，并且在表面上具有甲基丙烯酸酯官能团，其中甲基丙烯酸酯基与连续相中的单体的甲基丙烯酸酯基反应。

本公开的另一方面提供了具有微胶囊和连续相的组合物的制造方法，其中所述微胶囊包含能够共价键合到连续相的官能化表面，所述制造方法包括：通过二醇与二异氰酸酯的反应而混合低聚氨基甲酸乙酯，其中二异氰酸酯以摩尔过量使用，并反应约1小时；向所得到的低聚氨基甲酸乙酯混合物中加入2-甲基丙烯酸羟乙酯，从而以甲基丙烯酸酯官能团终止链端；分离所述官能化的氨基甲酸乙酯；将分离的官能化氨基甲酸乙酯添加到包含乳化剂和有机溶剂的油相中，其中通过添加可以含有盐的水相形成不含表面活性剂的反相乳液；将二醇加入到所述不含表面活性剂的反相乳液中，以聚合所述氨基甲酸乙酯低聚物并包封所述水溶液；并通过离心分离微胶囊。

本公开的另一方面提供了具有微胶囊和连续相的组合物的制造方法，其中所述微胶囊包含能够共价键合到连续相的官能化表面，所述制造方法包括：合成具有官能团的低聚或聚合材料，所述官能团能够与连续相的单体反应;分离所述官能化的低聚物或聚合物材料;将分离的官能化材料加入到包含乳化剂和有机溶剂的油相中，其中通过添加可以含有盐的水相形成不含表面活性剂的反相乳液;向所述不含表面活性剂的反相乳液中加入扩链剂以增加所述官能化低聚或聚合物材料的分子量并包封所述水溶液;并通过离心分离所述官能化微胶囊。

本发明的另一方面是使用任何一种组合物将另外的结构特征赋予聚合物或复合材料的方法。

附图说明

图1描述了表面官能化微胶囊的实施方案的制备流程。

图2描绘了具有聚合物外部和液体中心的液体填充的微胶囊，其与聚合物接触并连接官能团。

图3描绘了液体填充的微胶囊和位于其中的离子。

图4描绘了位于单体混合物中的可结合微胶囊，其中描绘了两种不同的单体。

图5描述了可结合的微胶囊，其中连接到微胶囊的官能团共价键合到聚合物上。

图6描绘了结合到此刻聚合的单体组的两个微胶囊。

图7描绘了具有不同官能团的两种可能的氨基甲酸乙酯微胶囊，其能够与hema反应以形成几种不同的功能性微胶囊。

图8描述了来自图7的甲基丙烯酸酯封端的聚氨酯以及之后在底部结构中共价键合的单体。

具体实施方式

通过参考在这些实施例的以下描述中描述和阐述的非限制性实施方案和实施例，可以更充分地解释本发明的实施方案及其各种特征和优点。可以省略对公知成分和技术的描述，以避免使得本发明变得模糊不清。这里使用的示例仅仅旨在便于理解可以实施本发明的方式，并且进一步使本领域技术人员能够实施本发明。因此，这里阐述的示例和实施例不应被解释为限制由权利要求限定的本发明的范围。

如本文所使用的，除非上下文另有明确要求，否则诸如“一”，“一个”和“该”的术语包括单数和复数的述及物。

如本文所使用的，术语“约”是指在所述及的数字的10％内。

目前存在对用于治疗剂递送的改进的微胶囊组合物和方法的广泛需要。特别地，需要一种用于以稳定和时控的方式将治疗剂递送到不同组织类型的改进的基于微胶囊的技术。

基于微胶囊的化学结构和性质，微胶囊在广泛领域具有其它用途。例如，可能有利的是使用微胶囊和包含这种具有塑料、凝胶、糊剂、粘合剂、涂料产品以及通常利用任何种类聚合物的产品的微胶囊的组合物。实际上，这种改进可能实现在与健康和口腔保健无关的产业（例如制造、航空、塑料制造和类似领域）中的使用。

本发明的一个方面克服了将填料掺入连续相的挑战。在本发明中涉及受益于与复合材料的连续相和不连续相的更好均匀化相关的改善的力学性能的组合物、方法和产品。本发明的另一方面涉及通过形成具有独特形态和化学组成的新型填料的能力进一步改善复合材料的力学性能。本发明涉及制造过程的简化，不需要进行填料的表面处理的附加步骤。本发明不仅改善了复合材料的力学性能，而且这样做使得填料可以制成携带能够以可控方式释放的治疗剂。

复合材料在结构材料中是普遍存在的。通常，聚合物连续相与不连续的填料混合。将填料混合到连续相中的目的是增强复合材料的一些性能，这仅靠连续相是无法实现的。在复合材料的开发中仍然存在的重大挑战是在连续相和填料之间产生的不连续性。这种不连续性提供了通过复合材料的裂纹扩展的路径，导致力学性能不能达到最佳，并且有时抑制了原本适合于目标应用的特定连续/填料组合的使用。

为了解决将填料引入连续相中产生的力学问题，通常需要额外的制造步骤。例如，在牙科材料领域中，使用各种玻璃填料来改善复合材料的性能。然而，如果未经处理使用，玻璃填料为材料中的裂纹扩展提供了容易产生的途径。为了解决这个问题，需要对玻璃填料进行附加的制造步骤。在包含到牙科制剂中之前，将玻璃填料硅烷化。硅烷化方法提供了表面处理，其允许玻璃填料与连续相形成共价键。填料和连续相之间的共价连接消除了裂纹扩展的容易产生的途径。为了使裂纹通过具有表面处理的填料的复合材料传播，需要明显更多的能量，从而增强复合材料的断裂力学（例如，增加断裂韧性）。

目前存在表面处理的其它实例，以在复合材料中产生更好的结合表面。一个这样的例子是电晕或等离子体处理。许多塑料(例如聚乙烯和聚丙烯)具有化学惰性和具有低表面张力的无孔表面，使得它们无法与印刷油墨、涂层和粘合剂进行结合。虽然结果对于肉眼不可见，但表面处理能够对表面进行改性以改善粘附性。然而，由于表面处理的非共价性质，等离子体处理通常随着时间推移而变得没那么有效。

本申请提供了用于复合材料的有机或杂化填料的改进或简化的制造方法。微胶囊合成的方法不需要进行对于将不连续填料有效掺入复合材料中通常所需的另外的制造步骤。本发明涵盖了许多基于复合材料的产品，包括封闭剂、水泥、釉料、清漆和许多其它基于牙科和非牙科材料的基于复合材料的配方。

受益于与复合材料的连续相和不连续相的更好均匀化相关的改进的力学性能的组合物、方法和产品。这通过使微胶囊的外表面官能化使得微胶囊可以与连续相共价键合来实现。从而，连续相和不连续相在材料引发或反应时共价键合。这种方法通常可以通过制备具有聚合物壳的微胶囊来实现。该聚合物壳可以与聚合物的背骨或侧链上的官能团合成，其随后可以与存在于连续相的单体或聚合物中的其它官能团进行化学反应，从而产生微胶囊和连续相之间的键。

相应地，本公开描述了改进的微胶囊及其制剂，以及用于矿化各种生理组织（包括矿化的结缔组织，主要是使用这种微胶囊的骨和牙齿）的组合物、化合物和方法。矿化的结缔组织包括哺乳动物（包括人）的牙齿、骨骼和各种结缔组织，例如胶原、软骨、腱、韧带和其它致密结缔组织和网状纤维（含有iii型胶原）。为了在本说明书中定义的目的，“矿化组织”将特别指骨骼和牙齿。术语“矿化”和“组织矿化”中的每一个在本文中可互换使用，并且是指其中通过成骨细胞或成牙细胞产生磷酸钙晶体并将如上文所定义的矿化组织以精确量放置在纤维基质或支架内的方法。

磷酸钙是一类矿物质，其包含但不限于钙离子以及可以或可以不含有氢离子或氢氧根离子的正磷酸盐、偏磷酸盐和/或焦磷酸盐。

为了在本说明书中进行定义的目的，“再矿化”（remineralization）是将矿物质以矿物离子的形式恢复到牙齿的羟基磷灰石网格结构的过程。如本文所用，术语“再矿化”包括矿化、钙化、再钙化、氟化以及其它各种特定离子被矿化到牙齿的过程。本文所用的术语“牙齿”或“牙齿”包括动物（包括人）的口腔内的牙齿的牙本质、釉质、牙髓和牙骨质。

在某些实施方案中，本发明提供了通过使用如本文所述的包含一种或多种材料的微胶囊制剂的再矿化牙齿材料表面的方法，所述材料适于从微胶囊释放而用于牙齿材料或骨骼表面的再矿化。为了在本说明书中进行定义，如本文所述，“牙齿材料”是指天然牙齿、假牙、牙板、填充物、帽、牙冠、牙桥、牙齿植入物等以及永久地或临时地固定到动物（包括人）的口腔内的牙齿的任何其它硬表面牙修复体。

本发明的另一方面涉及通过产生具有独特形态和化学组成的新型填料的能力来进一步改善复合材料的力学性能。因此，本发明涉及简化制造过程，消除了对用于填料的表面处理的附加步骤的需要。本发明不仅改善了复合材料的力学性能，而且这样做使得填料可以制成携带能够以可控方式释放的治疗剂。

本发明提出了改善复合材料的力学性能或改进复合材料中使用的填料的制造工艺的组合物和方法。本发明提供了可用于许多产业（特别是口腔保健）的产品。本发明提供了包括填料的组合物，特别是用可聚合官能团表面官能化的液体填充的微胶囊。当与单体和引发剂组合时，这些填料允许产生具有共价键合在一起的连续和不连续相的复合材料。连续相和不连续相的共价键合促使复合材料的力学性能的显著改善，特别是在断裂力学领域。

如果填料是填充有含有治疗剂的液体的微胶囊，则本发明的组合物提供了产生可结合的生物活性微胶囊的机会。本发明的组合物不仅通过填料和连续相之间的共价键合而提供优异的断裂性能，而且如果微胶囊填充有能量吸收材料（例如橡胶或硅酮），它还可以提供其它力学性能的改进。实际上，可以使用几种填料来生产各种微胶囊，然后可以将它们组合在一起。在具体实施方案中，特别合适的是混合一种或多种微胶囊以提供具有某些物理和化学性质的组合物，从而不同材料从不同微胶囊的释放提供有益的效果。因此，抗微生物、再矿化和增强物理性能的微胶囊可以单独或以其组合的方式混合。其它合适的填料组分包括洗涤剂、染料、研磨剂、香料和本领域技术人员已知的适于填充微胶囊的其它组分。

可结合的生物活性微胶囊适用于牙科材料产业中的工业产品。如果包封在可结合微胶囊中的液体含有含钙、磷酸盐或氟化物的盐的水溶液，那么将那些微胶囊加入牙科材料产品中以促进再矿化是可取的。如果包封在可结合微胶囊中的液体含有抗微生物剂（如苯扎氯铵或氯化十六烷基吡啶）的水溶液，则可以将那些微胶囊掺入具有抗微生物性能的牙科材料产品中。

本质上，本发明通过具有内置的表面官能化，在增强了复合材料的力学性能的同时还简化了复合材料的制造，而且根据其化学组成增加了使填料具有治疗性或力学韧性的益处。

这产生了包含连续相和不连续相的组合物，其中在连续相中提供单体和可选的引发剂，并且不连续相包含包封材料（例如盐的水溶液）的微胶囊，其中所述微胶囊具有用能够与所述单体聚合的可聚合官能团官能化的表面。实际上，在特定实施方案中，盐是钙、氟化物或磷酸盐或其组合。其它合适的盐在非牙科治疗中可以是优选的，并且也适合与本文所述的官能化微胶囊一起使用。

类似地，组合物可被描述为包含聚合物连续相、包封材料（例如盐的水溶液，特别是钙，氟化物或磷酸盐或其组合）的微胶囊，其中所述微胶囊具有用能够与所述单体聚合的可聚合官能团官能化的表面。

实际上，在特定实施方案中，组合物包含聚合物连续相、包封液体的微胶囊，其中所述微胶囊具有用共价键合到连续相的可聚合官能团官能化的表面。

用于具有再矿化能力和增强的断裂韧性的窝沟封闭剂的特别合适的组合物描述如下。窝沟封闭剂含有树脂、玻璃填料、含有5m硝酸钙水溶液的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊、含有6m磷酸氢二钾水溶液的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊、含有氟化钠的水溶液的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊、和至少一种光引发剂。

用于本文所述的组合物和材料中的光引发剂是有助于由单体形成聚合物的添加剂。在许多牙科复合材料中，光引发剂可溶于连续相。光引发剂的激活通过提供光源（通常为可见光谱中的高能量光源）来进行，其激活引发剂以引发聚合过程。然而，在本文所述的实施方案中，合适的光引发剂也可以处于不连续相中。基于本领域普通技术人员已知的使用情况，其它引发剂也可以适用。

在其它组合物中，具有抗微生物性能和增强的断裂韧性的窝沟封闭剂的组合物描述如下。窝沟封闭剂含有树脂、玻璃填料、包含5w/w％的苯扎氯铵的水溶液（5w/w％）的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊、以及光引发剂（1wt％）。

在其它组合物中，具有增强的力学性能的复合材料描述如下。首先通过将udma（二甲基丙烯酸氨基甲酸乙酯）树脂与tegdma（三甘醇二甲基丙烯酸酯）树脂以4/1的比例进行组合来制备树脂混合物（总共16wt%）。加入占总组合物的0.7wt%的光敏剂（樟脑醌）。以总组合物的0.25wt%加入加速剂（乙基-4-二甲基氨基苯甲酸酯）。加入占总组合物的0.05wt%的抑制剂（4-甲氧基苯酚）。将树脂、光敏剂、加速剂和抑制剂在烧瓶中合并，并在50℃下混合。在均化后，将上述树脂共混物与以下填料（总计84wt%）混合：硅烷化锶玻璃71wt%，热解法二氧化硅10wt%，含有3wt%的高分子量硅油的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊。这种组合物可以用于本文所述的任何数量的领域。

本发明还描述了用于生产填充有被包封的水性再矿化剂的表面官能化微胶囊的方法。通过二醇和二异氰酸酯的反应而合成低聚氨基甲酸乙酯。二异氰酸酯以摩尔过量使用。在二醇和二异氰酸酯反应1小时后，得到低聚氨基甲酸乙酯。此时，将2-甲基丙烯酸羟乙酯加入到氨基甲酸乙酯的合成介质中，从而以甲基丙烯酸酯官能团终止链端的百分比。分离甲基丙烯酸酯官能化的氨基甲酸乙酯并加入到含有乳化剂的油相中。将该溶液混合，加入含有氟化钠盐的水溶液，形成不含表面活性剂的反相乳液。半小时后，将二醇加入到不含表面活性剂的反相乳液中，以有效地聚合氨基甲酸乙酯低聚物并包封水溶液。通过离心分离微胶囊。微胶囊具有容易与连续相的其它甲基丙烯酸酯单体聚合的表面甲基丙烯酸酯官能团。

考虑到所使用的聚合物，微胶囊是不可生物降解的，因此其中包含的材料通过扩散从微胶囊释放。这提供了与可生物降解的聚合物或旨在破裂的其它聚合物不同的轮廓，同时释放胶囊的全部内容物。

在某些实施方案中，微胶囊的表面用乙烯基有效官能化，以允许乙烯基与连续相中的单体共价键合。乙烯基的制备通过三步法进行。

步骤1：表面官能化壳材料的制备：

过量ocn-r-nco+ho-r-oh→ocn-(rnhco2-r-)n-nco+hor-乙烯基

↓

乙烯基封端–(rnhco2-r-)n-乙烯基封端

步骤2：表面官能化微胶囊的制备

混合表面官能化壳材料、乳化剂和油相。搅拌混合物，加热或不加热。加入水相或其他液相（硅）。在不含表面活性剂的反相乳液中进行聚氨酯的界面聚合。分离表面官能化微胶囊。

步骤3：表面官能化微胶囊的配制

将表面官能化微胶囊与所需的连续相单体和引发剂结合。表面官能团应当可与单体聚合以在填料和连续相之间产生共价键。

在优选的实施方案中，使用具有一部分聚氨酯甲基丙烯酸酯封端的聚氨酯形成微胶囊。这形成不可生物降解的胶囊，其对于可以通过微胶囊膜扩散的治疗剂（例如钙离子、氟离子、磷酸根离子、苯甲烃铵阳离子或十六烷基吡啶阳离子）是半渗透性的。此外，通过在不可生物降解的微胶囊的表面上的甲基丙烯酸酯的反应然后可以在连续相中与甲基丙烯酸酯反应，形成碳-碳键。碳-碳共价键通过将微胶囊结合到连续相来增加复合材料的断裂韧性，如图5、6和8b所示。

图1提供了用于制备表面官能化壳材料的代表性流程图，其中这种壳的表面被官能化以实现微胶囊和连续相之间的共价键合。如步骤1所述，化学方法导致乙烯基封端的组分官能化到微胶囊的壳中。在步骤2中，将表面官能化壳材料与乳化剂和油相组合。在加入水相或其它液相（例如硅酮）之前，在加热或不加热的情况下搅拌混合物。聚氨酯在不含表面活性剂的反相乳液中进行界面聚合。然后可以视情况而分离表面官能化的微胶囊。

在步骤3中，将官能化微胶囊与所需的连续相单体和引发剂组合。微胶囊上的表面官能团可与单体聚合以在填料和连续相之间产生共价键。这使得官能化的微胶囊之后能够共价键合到连续相上。

许多类型的聚合物可以用于本发明的范围内，并且选择取决于具体的所需性质。实例包括但不限于以下类别的不可生物降解的重复：丙烯酸聚合物，醇酸树脂，氨基塑料，苯并呋喃-茚树脂，环氧树脂，含氟聚合物，酚醛树脂，聚缩醛，聚乙炔，聚丙烯酸，聚亚烷基，聚烯烃，聚炔基，聚酰胺酸，聚酰胺，聚胺，聚酐，聚亚芳基烯烃，聚亚芳基亚烷基，聚亚芳基，聚偶氮甲碱，聚苯并咪唑，聚苯并噻唑，聚苯并恶嗪酮，聚苯并恶唑，聚苄基，聚碳二亚胺，聚碳酸酯，聚碳硼烷，聚碳硅烷，聚氰尿酸酯，聚二烯，聚酯聚氨酯，聚酯，聚醚醚酮，聚醚-聚氨酯，聚醚，聚酰肼，聚咪唑，聚酰亚胺，聚亚胺，聚异氰脲酸酯，聚酮，聚烯烃，聚氧化烯，聚氧亚芳基，聚氧亚甲基，聚氧亚苯基，聚苯基，聚磷腈，聚吡咯，聚吡咯，聚喹啉，聚喹喔啉，聚硅氧烷，聚硅氮烷，聚硅氧烷，聚倍半硅氧烷，多硫化物，聚磺酰胺，聚砜，聚噻唑，聚硫代亚烷基，聚硫亚芳基，聚硫醚，聚硫亚甲基，聚苯硫醚，聚脲，聚氨酯，聚乙烯醇缩醛，聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇缩甲醛。本领域技术人员将进一步了解，特定类型的聚合物的选择将影响本发明的微胶囊的组成和渗透性，并且与现场或牙科应用相比，某些聚合物更适用于某些工业应用。

除了适于形成微胶囊的各种可能的聚合物之外，还可以使用合适的可聚合官能团。本文公开的实施方案利用官能化微胶囊和单体之间的键。在优选的实施方案中利用了共价键，然而本领域技术人员将认识到，基于所使用的化学成分，可以利用任何数量的合适的键合机制。

在优选的实施方案中，从单个微胶囊延伸的官能团的数目在聚氨酯微胶囊上所有可能位置的约1％至33％之间。然而，进一步优选的实施方案包括所有可能位置的约0.1％至99.9％，优选约1％至50％，约1％至25％，约1％至10％，约1％至5％，或者约1％至约3％。

官能团的量可以如本领域普通技术人员所公知的方式进行改性，因此，其中官能团的数量可以改变通过微胶囊和单体的组合所形成的最终聚合物材料的性质。在包封钙、氟化物和磷酸盐的牙科材料中，优选的量为约1％至25％，更优选为约1％至5％。

实际上，图2提供了液体填充的微胶囊10的样品，其具有与聚合物壳接触的液相11和与其连接的官能团12。

图3提供了代表性离子的进一步的细节，在这种情况下na+16和f-15各自存在于微胶囊内的液相中。如本领域普通技术人员所公知的，所有阴离子（包括氟化物）必须具有伴随的阳离子。这里以离子形式表示的钠和氟化物被描绘为表示它们溶解在水中。此后，通过扩散，离子可以离开微胶囊，如通过线13和14所示。

不可生物降解的聚合物的半透性允许其中所含的材料扩散。可以基于本领域普通技术人员所公知的几个因素来改变扩散速率。控制扩散速率的变量包括但不限于微胶囊中的溶液中的离子的初始浓度、微胶囊的化学组成和连续相中微胶囊的w/w载量。

图4提供了可键合微胶囊的描述，其是甲基丙烯酸羟乙酯官能化微胶囊10，其位于单体混合物中，在这种情况下是第一单体三甘醇二甲基丙烯酸酯（triethyleneglycoldimethacrylate）30和第二单体双酚a甘油酸酯二甲基丙烯酸酯（bisphenolaglycerolatedimethacrylate）40。然后这些组分可以反应以使微胶囊10上的官能团与单体30或40结合，如图5所示，其显示了聚合物结构50中的“m”个微胶囊，这取决于存在多少重复单元。

实际上，图5基本上是分子层面的微胶囊的特写，图6提供了在宏观层面上在聚合物50内键合的两个微胶囊10（而20是聚合物50和微胶囊之间的键）的实例。在图5，r22和r’21可以是氢或任何官能团。此外，聚合物50可以包括任何数目的n、m和o的重复单元。实际上，在复合材料中，一旦形成后，材料内的微胶囊的数量仅取决于材料中微胶囊的密度和浓度。最终，表面官能化微胶囊可与所需的连续相单体和引发剂组合以发生反应。表面官能团应当可与单体聚合以在填料（微胶囊）和连续相单体之间产生共价键。

图7描绘了壳材料端基的两种可能的化学结构80和82。在两种可能的结构中，壳材料可以具有能够与hema84反应的异氰酸酯官能团。这产生具有甲基丙烯酸酯端基86、88和90的三种可能的壳材料。一种结构可以具有羟基端基和甲基丙烯酸酯端基，另一种结构可以具有异氰酸酯端基和甲基丙烯酸酯端基，再一种结构可以具有两个甲基丙烯酸酯端基。相应地，这些形成用于微胶囊10的官能化壳，其可以如图8所示进行结合。

图8进一步描述了之后可以与单体30结合的官能化微胶囊10。以至少一个甲基丙烯酸酯基71封端的聚氨酯可以在聚合期间与单体（例如三甘醇二甲基丙烯酸酯30）反应。在该反应中，碳-碳π键72在一系列加成反应中加在一起以产生聚合结构，其中甲基丙烯酸酯基71键合到单体30，从而将微胶囊10结合到单体。如图8所示并且如本文所述，这可以通过自由基反应来实现，其中微胶囊的甲基丙烯酸酯官能团添加到生长的聚合物链或网络。

在其它实施方案中，具有官能化微胶囊的组合物适合于混入任何一种已知的涂料产品当中。在涂料方面，向涂料主体添加官能化的微胶囊，为涂料产品提供额外的强度和结构，并增加涂料的强度。例如，与目前可获得的产品相比，这种涂料可以进一步抵抗撕裂或剥离。

类似地，在塑料工业中使用时，官能化微胶囊可以赋予额外的强度，同时保持产品的弹性或柔性。或者，在其它用途中，取决于官能化微胶囊内的组分，还可以赋予额外的刚性。

当然，这种微胶囊可以进一步用于粘合剂产品中，其中粘合剂的性质可以基于官能化微胶囊的组分进行控制，使得粘合剂具有更大的横向或剪切强度，或者具有增加的柔性，同时保持粘合。类似地，可以基于官能化微胶囊的组分预期其它特性。

最后，可以将这种官能化微胶囊的用途促进成任何数量的基于聚合物的产品中的一种。这允许修改和改进任何数量的材料，包括可穿戴织物、弹道产品、固体和刚性产品等。然而，通过使用官能化微胶囊，聚合物的性质可以根据产品的需要和最终用途进行修改。

因此，可以包封到各种微胶囊中的组合物和材料是远远不同的。这些包括恢复性离子，例如钙、磷酸盐和氟化物，抗细菌成分如苯甲烃铵或十六烷基吡啶离子，但也可包括其它材料。另外的组合物可以包括其它合适的离子材料、抗菌材料、增白材料等。然而，在其它类型的应用中，例如在工业应用中，微胶囊可以含有其它材料以增强材料的物理性质。例如，橡胶材料、硅酮材料或提供不同结构性质的其它类似的天然或合成材料或聚合物。合适的硅酮材料包括但不限于分子量为约12500至2500000g/mol的那些硅酮材料。

在某些实施方案中，抑制剂可以适合用作以防止材料中的自聚合的材料。

加速剂和光敏剂通常一起用于光引发剂化学成分中以引发材料的聚合并加速聚合。因此，在某些情况下，例如当在口腔中制备牙科复合材料时，材料可以快速聚合。

因此，这些组分可以赋予固体、液体、凝胶、气溶胶等。通过赋予官能化微胶囊预定的特性，可以赋予这种产品预定的功能。

实施例

实施例1：

实施例1a的组合物（封闭剂a，2wt％可结合的微胶囊）

具有再矿化能力和增强的断裂韧性的窝沟封闭剂的组合物描述如下。含有树脂（67wt%）、玻璃填料（30wt%）、含有5m硝酸钙水溶液（2wt%）的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊和光引发剂（1wt%）的窝沟封闭剂。

实施例1b的组合物（封闭剂b，2wt%不可结合的微胶囊）

具有再矿化能力和增强的断裂韧性的窝沟封闭剂的组合物描述如下。含有树脂（67wt%）、玻璃填料（30wt%）、含有5m硝酸钙水溶液（2wt%）的不具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊和光引发剂（1wt%）的窝沟封闭剂。

实施例1c的组合物（封闭剂c，5wt%可结合的微胶囊）

具有再矿化能力和增强的断裂韧性的窝沟封闭剂的组合物描述如下。含有树脂（64wt%），玻璃填料（30wt%）、含有5m硝酸钙水溶液（5wt%）的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊和光引发剂（1wt%）的窝沟封闭剂。

实施例1d的组合物（封闭剂d，5wt%不可结合的微胶囊）

具有再矿化能力和增强的断裂韧性的窝沟封闭剂的组合物描述如下。含有树脂（64wt%）、玻璃填料（30wt%）、含有5m硝酸钙水溶液（5wt%）的不具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊和光引发剂（1wt%）的窝沟封闭剂。

表1：四种封闭剂制剂的断裂韧性，其中包括作为对照的不可结合的微胶囊和新的可结合的微胶囊。

因此，通过添加可结合的微胶囊，与作为对照的相等重量百分比的不可结合的微胶囊相比，平均断裂韧性增加超过50％。

实施例2的组合物（在相同制剂中含有不同治疗剂的多个可结合微胶囊）

具有再矿化能力和增强的断裂韧性的窝沟封闭剂的组合物描述如下。含有树脂（64wt%）、玻璃填料（30wt%）、含有5m硝酸钙水溶液（2wt%）的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊、含有6m磷酸氢二钾水溶液（1wt%）的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊、含有0.8m氟化钠水溶液（2wt%）的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊和光引发剂（1wt%）的窝沟封闭剂。

实施例3的组合物

具有抗微生物性能和增强的断裂韧性的窝沟封闭剂的组合物描述如下。含有树脂（64wt%）、玻璃填料（30wt%）、含有5w/w％苯扎氯铵水溶液（5w/w％）的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊和光引发剂（1wt%）的窝沟封闭剂。

实施例4的组合物

具有增强的力学性能的牙科用复合树脂组合物描述如下。首先通过将udma树脂与tegdma树脂以4/1的比例进行组合来制备树脂混合物（总共16wt%）。加入占总组合物的0.7wt%的光敏剂（樟脑醌）。以总组合物的0.25wt%加入加速剂（乙基-4-二甲基氨基苯甲酸酯）。光敏剂和加速剂在光引发剂化学中常一起使用。加入占总组合物的0.05wt%的抑制剂（4-甲氧基苯酚）。将树脂、光敏剂、加速剂和抑制剂在烧瓶中合并，并在50℃下混合。在均化后，将上述树脂共混物与以下填料（总计84wt%）混合：硅烷化锶玻璃71wt%、热解法二氧化硅10wt%、含有3wt%的高分子量硅油的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊。

实施例5：用于具有增强的力学性能的柔性假牙基托材料的组合物描述如下。首先通过将udma树脂与tegdma树脂以4/1的比例进行组合来制备树脂混合物（总共16wt%）。加入占总组合物的0.7wt%的光敏剂（樟脑醌）。以总组合物的0.25wt%加入加速剂（乙基-4-二甲基氨基苯甲酸酯）。加入占总组合物的0.05wt%的抑制剂（4-甲氧基苯酚）。将树脂、光敏剂、加速剂和抑制剂在烧瓶中合并，并在50℃下混合。在均化后，将上述树脂共混物与以下填料（总计30wt%）混合：硅烷化锶玻璃22wt%、热解法二氧化硅3wt%，含有5wt%的高分子量硅油的具有丙烯酸酯官能化表面的微胶囊。

尽管已经相当详细地描述了本发明，但是本领域技术人员能够理解，可以对本发明的实施例和优选实施例进行许多改变和修改，并且可以在不脱离本发明的精神实质的情况下进行这样的改变和修改。因此，所附权利要求覆盖落入本发明保护范围内的所有等同变化。