抗菌牙科材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种牙科材料及其制备方法，具体涉及一种抗菌牙科材料及其制备方法。

背景技术：

牙科治疗材料因其易于细菌定植与食物残渣滞留，容易造成医源性牙齿脱矿、龋病、牙周病高发。由于牙科材料结构复杂，以正畸固定矫治器为例，其矫治器粘接后患者不易保持口腔卫生，而且生理自洁能力下降，导致牙面菌斑附着增加、菌斑内微生物平衡失调从而引起釉质脱矿及牙周损害。

目前，牙科治疗过程中常用的控制菌斑的方法有洁牙、氟化物含漱和抗生素冲洗等；但以上方法受患者的配合程度和药物质量浓度维持等因素制约，只能短效抑制生物感染，长期控制菌斑的效果很难保证，而且破坏口腔菌群平衡，对口腔黏膜造成刺激，对于抗药性细菌及具有药物外排泵的细菌作用不明显。

在各种针对牙科材料的抗菌技术手段中，利用金属离子杀菌是一种可行的方法，金属离子的抗菌原理，是依靠自然界中存在的金属离子缓释，当抗菌产品在使用过程中，抗菌剂中的金属离子被缓慢释放出来，由于金属等抗菌离子在极低的浓度下，就能够破坏细菌的细胞膜或细胞原生质性酶的活性，导致细菌的死亡，因此具有抗菌的作用。

还有一种抗菌手段是利用表面处理，例如专利文献1(美国专利US6267590B1)记载，其在牙科材料或器械的表面上设置一层抗菌性的材料，其中优选的抗微生物剂是含有抗菌性生物离子的陶瓷颗粒。

此外，在抗菌性陶瓷材料技术领域中，也多是以在陶瓷表面设置抗菌材料的方式使得陶瓷材料具有抗菌性，例如专利文献2(台湾专利TW528741A)记载的抗菌陶瓷技术是将银粒子掺杂于陶瓷的釉料中，以使陶瓷表面具有抗菌性釉料的技术；专利文献3(台湾专利TW I248926A),是以表面浸泡的方式使含有银粒子的溶液渗入到陶瓷材料的表面,使得陶瓷材料具有抗菌性。

如上所述，目前的牙科材料的抗菌性能主要通过光催化材料、银或氟材料的引入来实现，但口腔内是一个基本无光的黑暗环境，光活性矫治器抗菌效能受限；载银涂层耐磨性差不能持久抗菌，银铂合金涂层虽然耐磨损但成本高难以普及，加上银或铜粒子以表面涂层方式附着在牙科材料表面，会有离子析出的问题产生，人体若吸收过多的银或铜离子，可能影响人体健康；另外氟材料的引入导致不可避免的环境污染；因此在临床应用方面，迫切需要寻求一种不需光活化、无毒性、抗菌持久且低成本的牙科材料表面处理技术，以实现菌斑的源头治理。

技术实现要素：

本发明就了为了解决现有牙科材料抗菌效果不理想、对人体有毒性且成本较高的技术问题，提供一种不需光活化、无毒性、抗菌优异且持久、低成本的抗菌牙科材料及其制备方法。

为此，本发明提供一种牙科材料，其经聚乙二醇(PEG)的乙醇-水溶液处理而得到。

优选的，牙科材料包括正畸用弓丝、托槽、修复用固定义齿、活动义齿。

优选的，正畸用弓丝可以为各种材质，包括不锈钢弓丝、镍钛弓丝等，优选为不锈钢弓丝。

本发明同时提供了一种牙科材料抗菌用表面处理方法，其将经过预处理的牙科材料浸泡于聚乙二醇的乙醇-水溶液中一段时间后取出，干燥后即可，所述预处理包含对牙科材料进行等离子表面处理。

优选的，聚乙二醇的乙醇-水溶液中聚乙二醇的质量百分浓度为1～5％，优选3％。

优选的，在等离子表面处理前还包括丙酮超声、乙醇超声、氢氟酸/硝酸/水混合液超声等一种或多种，以更好实现等离子表面处理的效果，也加强了后续与PEG化学结合作用。相应的还可以进行去离子水清洗，干燥等过程，以便除尽残留的有机溶剂。如若不进行这些预处理过程，将显著影响表面处理效果，进一步影响抗菌效果。

优选的，聚乙二醇可采用市售的多种分子量的产品，其中分子量可以为350、550、1000、2000、5000、20000，其中从除菌效果考虑，分子量优选5000。

优选的，浸泡温度可以为20～100℃，优选20～50℃，从工业操作简便的观点考虑，优选室温，浸泡时间只要是能使聚乙二醇与牙科材料充分进行化学结合即可，优选为1～4小时，从工业操作简便及结合充分的观点考虑，更优选2小时。

优选的，乙醇-水溶液可通过常规配制方法得到，优选体积百分浓度70～95％，从充分溶解聚乙二醇观点考虑，更优选体积百分浓度95％的乙醇水溶液。

本发明的表面处理方法具有以下优点：

1)PEG无毒、无免疫原性、无抗原性，并具有良好的生物相容性，克服了以往金属离子可能带来对人体健康的影响问题；

2)避免了光照处理时由于口腔本身黑暗环境而带来的除菌不够充分的问题，省却了繁琐的光照处理过程；

3)PEG作为一种常见的工业制品，价格低廉，避免了其他除菌方法带来的成本提高问题；

4)杀菌效果非常优异，与对照组相比，杀菌倍数最高达到23.9；

5)通过这种简便快捷高效的材料表面修饰方式，阻止细菌的粘附，实现细菌与食物残渣等病源因素的源头治理，将为提高疾病诊疗质量，减少医源性并发症奠定基础。

附图说明

图1为本发明的抗菌用牙科材料(以不锈钢弓丝为例)的表面处理流程示意图；

图2A为本发明的抗菌用牙科材料(以不锈钢弓丝为例)在PEG 5000D处理前抗细菌粘附实验激光共聚焦显微镜细菌染色结果；

图2B为本发明的抗菌用牙科材料(以不锈钢弓丝为例)在PEG 5000D处理后抗细菌粘附实验激光共聚焦显微镜细菌染色结果；

图3为本发明的抗菌用牙科材料(以不锈钢弓丝为例)在菌液中放置不同时间(2h、6h、10h)后的细菌计数结果；

图4为本发明的抗菌用牙科材料(以不锈钢弓丝为例)在与不同分子量PEG(350D、550D、1000D、2000D、5000D、20000D)表面处理后与对照组细菌计数结果，在菌液中放置时间为30min。

具体实施方式

本发明的抗粘附牙科材料表面修饰方式主要是通过提供一种有效的表面处理流程，使PEG与牙科材料表面形成牢固的化学结合，改变材料的表面化学组成，使其表面具有抗菌作用的特殊浸润性微纳结构。

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1

以正畸材料中的不锈钢弓丝作为实验对象。

预处理：丙酮超声清洗不锈钢弓丝15min，乙醇超声清洗不锈钢弓丝15min，用去离子水冲洗弓丝表面，用氮气吹干使弓丝表面清洁干燥，用PLASMA等离子清洗机处理弓丝表面30min。

此时将弓丝分为对照组和实验组。

对照组：不作后续处理。

实验组还经过如下处理：

PEG的乙醇-水溶液配制：用100％的乙醇和去离子水配成体积浓度95％的乙醇(例：100ml 95％乙醇＝95ml 100％乙醇+5ml去离子水)，再用95％的乙醇溶解PEG固体(本实验采用PEG 5000D，此外也采用了350D、550D、1000D、2000D、20000D等不同平均分子量大小的PEG进行实验，具体数据列于图4中)，至PEG固体完全溶解于95％的乙醇中，配成质量浓度3％的PEG溶液。

表面修饰：将清洗过的弓丝浸泡入溶液中，浸泡温度:室温，浸泡时间为2h，弓丝表面与PEG形成充分的化学结合后，将表面修饰完成后的弓丝取出，95％乙醇冲洗并用氮气吹干备用。

实施例2

以正畸材料中的不锈钢托槽作为实验对象。

预处理：丙酮超声清洗不锈钢托槽15min，乙醇超声清洗不锈钢托槽15min，用去离子水冲洗托槽表面，用氮气吹干使托槽表面清洁干燥，用PLASMA等离子清洗机处理托槽表面30min。

此时将弓丝分为对照组和实验组。

对照组：不作后续处理。

实验组还经过如下处理：

PEG的乙醇-水溶液配制：用100％的乙醇和去离子水配成体积浓度95％的乙醇(例：100ml 95％乙醇＝95ml 100％乙醇+5ml去离子水)，再用95％的乙醇溶解PEG固体(本实验采用PEG 5000D，此外也采用了350D、550D、1000D、2000D、20000D等不同平均分子量大小的PEG进行实验)，至PEG固体完全溶解于95％的乙醇中，配成质量浓度1％的PEG溶液。

表面修饰：将清洗过的弓丝浸泡入溶液中，浸泡温度:室温，浸泡时间1h，弓丝表面与PEG形成充分的化学结合后，将表面修饰完成后的托槽取出，95％乙醇冲洗并用氮气吹干备用。

实施例3

以正畸材料中的镍钛弓丝作为实验对象。

预处理：用氢氟酸、硝酸、水的混合液(体积比HF：HNO₃：H₂O＝3：35：100)室温超声清洗镍钛弓丝5～10min，再用去离子水室温超声清洗镍钛弓丝5～10min，用氮气吹干使弓丝表面清洁干燥，用PLASMA等离子清洗机处理弓丝表面30min。

此时将弓丝分为对照组和实验组。

对照组：不作后续处理。

实验组还经过如下处理：

PEG的乙醇-水溶液配制：用100％的乙醇和去离子水配成体积浓度95％的乙醇(例：100ml 95％乙醇＝95ml 100％乙醇+5ml去离子水)，再用95％的乙醇溶解PEG固体(本实验采用PEG 5000D，此外也采用了350D、550D、1000D、2000D、20000D等不同平均分子量大小的PEG进行实验)，至PEG固体完全溶解于95％的乙醇中，配成质量浓度5％的PEG溶液。

表面修饰：将清洗过的弓丝浸泡入溶液中，浸泡温度:室温，浸泡时间3h，弓丝表面与PEG形成充分的化学结合后，将表面修饰完成后的弓丝取出，95％乙醇冲洗氮气吹干备用。

效果例

以实施例1为例，分别取实施例1中的对照组和经过表面处理的实验组进行抗细菌粘附实验，采用激光共聚焦显微镜观察细菌染色结果(参见图2A和图2B)，并将PEG 5000D处理后的实验组与未处理的对照组在菌液中放置不同时间(2h、6h、10h)后对各自细菌密度进行对比(参见图3)。另外还研究了不同分子量的PEG在其他条件相同时与对照组进行对比(参见图4)。需要说明的是每一组实验均进行十次平行实验，以确保实验结果的准确性。

从图2A和图2B中可直观看出，经过表面处理的实验组较之对照组细菌数明显减少，可见本发明表面处理方法的优异抗菌效果，从图3中可看出，随着与菌液接触时间的增长，对照组的细菌数量明显上升，而实验组的细菌数量反而更少，二者抗菌倍数逐渐扩大，杀菌倍数分别为2.5、4.6、8.7倍，这也证明了本发明的表面处理方法具有长时间抗菌的优点。从图4中可看出不同分子量的PEG处理均可起到良好的抗菌作用，杀菌倍数分别为3.1、12.9、12.3、15.9、23.9、8.5(分子量从低到高)，令人意外的是，其中PEG 5000D效果尤其突出，相比其他分子量的PEG处理，得到了预料不到的效果。需要说明的是：杀菌倍数是由对照组的细菌密度/实验组的细菌密度得到。

另外还对实施例2和3中得到的产品进行了抗菌评估，同样得到与上述类似实验结果，尤其是在PEG 5000D下效果更为优异。