一种二氧化铈纳米粒子及其制备方法和应用

本发明属于复合材料，具体涉及一种二氧化铈纳米粒子及其制备方法和应用。

背景技术：

1、口腔和消化道的其他区域一样，拥有天然的微生物区系，然而在缺乏足够的口腔卫生的情况下，牙菌斑可能会累积超过与口腔健康相适应的水平，从而容易产生龋齿。龋病是口腔的常见病及多发病之一，其产生原因是口腔内的细菌黏附在牙表面，形成牙菌斑生物膜，细菌在牙菌斑生物膜生态环境中，利用糖类食物代谢产酸，并长期堆积在牙表面，引起牙釉质脱矿，形成龋损。由于多微生物诱导通常被认为是龋病的主要致病因素，主要治疗方法包括机械去除微生物生物膜，以及全身和局部抗生素。由于机械去除生物膜需要反复进行痛苦的清洁程序，以及牙科细菌对抗生素的耐药性，因此人们开始广泛寻找无毒、临床和成本效益高的并且可以抗牙菌斑、抗菌、抗炎和抗氧化物质的安全产品，如牙膏、漱口液和牙龈凝胶。其中定期使用含有安全活性成分具有抗菌、抗炎、抗氧化和再生特性的牙膏，是预防和治疗导致牙齿脱落的龋齿的最有效策略之一，可以有效防止和减少局部细菌过载。例如对于治疗龋齿，可以采用窝沟封闭的方法，因为据调查90％以上的龋齿都发生在窝沟部位，因此针对窝沟部位的龋齿预防方法是可以提前做好窝沟封闭，通过高分子的树脂材料将深度窝沟填补，以减少细菌聚集，起到预防龋齿的作用。目前，对于由龋病破坏的牙齿主要采用牙科粘合剂和复合材料如树脂复合材料制成的牙齿修复体修复治疗。然而，牙科粘合剂和复合材料的固有成分对牙菌斑(生物膜)积聚具有很高的亲和力，导致在用这些材料修复牙齿后空化(继发性龋齿)复发。继发性龋齿和修复体骨折是牙科粘合剂和复合材料造成的牙齿修复体过早失效的最常见原因，并且修复体通常需要在5-7年内更换，导致对牙齿造成更广泛的伤害，因此寻找具有能有效抑制生物膜(斑块)的形成的分子对于治疗龋病是具有非常大的运用潜力的，尤其是用于日常的口腔护理。

2、纳米技术是一个新兴的研究领域，在科学和技术方面有各种应用。目前基于金属和金属氧化物的纳米颗粒已成为牙科应用的新趋势。金属纳米颗粒通常用于牙科，因为它们具有独特的形状依赖性，包括其可变的纳米尺寸和形式、独特的分布和大的比表面积，这些特性增强了纳米颗粒的生物物理化学特性、抗菌活性和生物相容性。目前已有金属氧化物纳米颗粒和纳米管用于开发新型牙科修复材料，如zno、tio2、fe2o3、ta2o5、cuo、zro2等纳米粒子。尽管在洁牙剂和漱口液中添加各种金属纳米颗粒已被证明可以具有促进抗龋齿的特性，但是目前很少能看到这些纳米粒子与其他日常口腔护理产品相结合的实例，例如牙膏，漱口水等。目前市场上常见的牙膏种类有普通牙膏、含氟牙膏、中草药牙膏、消炎牙膏、防过敏牙膏、去垢增白牙膏、含盐牙膏等。含有氯己定、氟化物、木糖醇、三氯生及其组合的抗菌化学口腔护理产品已被证明具有有效的抗菌和防龋作用，然而对这些产品的应用存在有很大的安全隐患，包括其在机体内的吸收、蓄积和多器官毒性等。虽然对于治疗龋病还有一种手段是机械去除生物膜，这个过程需要反复进行痛苦的清洁程序，然而，由于频繁刮除和刨根，可能会导致牙齿表面划痕，从而促进细菌聚集。因此，定期使用含有安全活性成分具有抗菌、抗炎、抗氧化和再生特性的牙膏，是预防和治疗龋病的最有效策略之一。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种二氧化铈纳米粒子及其制备方法和应用。本发明的二氧化铈纳米粒子的制备方法简便，反应条件温和，制备过程绿色高效，且实验具有良好的重复性，相较于其他抗菌剂以及抗炎剂具有更低的合成难度和成本。同时本发明制得的二氧化铈纳米粒子具有良好的抗菌、生物相容性能，能够通过修复和强化牙釉质来减少牙齿的过敏性，改善人体口腔健康。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种二氧化铈纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

3、将ce(no3)3溶解，搅拌，加入浓氨水，继续搅拌，离心，去除上清液，加入洗涤溶剂，超声分散，制得所述二氧化铈纳米粒子。

4、优选地，所述ce(no3)3溶解的溶剂为水。

5、优选地，所述ce(no3)3溶解制得的溶液的浓度为4～5mg/ml。

6、优选地，所述浓氨水的浓度为28～30wt％。

7、优选地，所述加入浓氨水后溶液的ph值为9-11。

8、优选地，所述浓氨水的加入量为所述ce(no3)3溶解制得溶液总体积的0.003～0.005倍。

9、优选地，所述洗涤溶剂为氨水和水的混合溶液，其中氨水和水的体积比为1:1000。更优选地，所述氨水的浓度为1m。

10、优选地，所述搅拌的时间为5～10min。

11、优选地，所述继续搅拌的时间为24～48h。

12、优选地，所述离心的条件为在rcf6000，12℃下离心10～15min。

13、优选地，所述超声分散的时间为5～10min。

14、本技术的制备方法通过控制制备过程中的搅拌时间、ph值、搅拌速率以及超声时间等参数有效提高制得纳米粒子的性能。若搅拌时间过短或者ph值过小均会导致反应不完全，使制得的二氧化铈纳米粒子的产率明显减少，若搅拌速率过低将会导致合成的二氧化铈纳米粒子的粒径过大，不利于实际的应用，同时控制合适的超声分散时间，可以使制得的纳米粒子粒径较小，在水中实现较好的分散性，若超声分散时间过长时纳米粒子容易发生团聚问题。

15、现有的二氧化铈纳米粒子制备方法多需要经过煅烧工艺，而经过煅烧后的二氧化铈纳米粒子很容易发生硬团聚的问题，从而使粒径增大，甚至超出纳米级别，这会进一步导致其在水中难以重新分散均匀。而本技术通过改进溶胶-凝胶法的方法制得二氧化铈纳米粒子(ceo2 nps)，该方法绿色高效，不需要进行煅烧，制得的纳米粒子的粒径可以维持在特定的纳米级别范围内，且纳米粒子晶体表面吸附水容易再次分散在溶剂中，在后续将其制备成牙膏产品时可以有效提高纳米粒子的浸润性。

16、本发明还请求保护一种所述制备方法制得的二氧化铈纳米粒子，所述二氧化铈纳米粒子的粒径为3～6nm。优选地，所述二氧化铈纳米粒子的粒径为4～5nm。本发明制得的二氧化铈纳米粒子能够较好的吸附于细菌膜，通过干扰细菌的营养物质转运和干扰细胞呼吸、dna复制、细胞分、增加细菌膜表面积来实现抗菌的效果。当二氧化铈纳米粒子的粒径过大时，无法实现吸附到细菌膜上，从而大幅降低具有的抗菌效果。

17、本发明还请求保护一种牙膏产品，包含以下重量百分含量的组分：

18、所述二氧化铈纳米粒子1～2％、润湿剂15～30％、研磨剂20～50％、胶粘剂1～2％、水20～50％、表面活性剂1～2％、防腐剂0.1～0.3％。

19、优选地，所述润湿剂包括甘油、山梨醇、聚乙二醇中的至少一种。

20、优选地，所述研磨剂包括碳酸钙、磷酸氢钙、水合二氧化硅中的至少一种。

21、优选地，所述胶粘剂包括羧甲基纤维素、黄原胶中的至少一种。

22、优选地，所述表面活性剂包括十二醇硫酸钠、2-酰氧基键磺酸钠中的至少一种。

23、优选地，所述防腐剂包括对羟基苯甲酸甲酯。

24、优选地，所述牙膏产品还包括0.8～2％重量百分含量的助剂。更优选地，所述助剂包括甜味剂、调味剂、遮光剂中的至少一种。

25、本发明还请求保护一种所述牙膏产品的制备方法，包括以下步骤：

26、将二氧化铈纳米粒子、润湿剂与水，混合搅拌，制备成溶液a；将研磨剂、胶粘剂、防腐剂混合，然后将溶液a缓慢加入，搅拌，最后加入表面活性剂和助剂，混合直到形成均匀的糊状物。

27、优选地，所述混合搅拌的条件为在35～45℃下搅拌10～20min。

28、本发明还请求保护一种所述制备方法制得的二氧化铈纳米粒子在制备预防和治疗龋病的牙膏产品中的应用。

29、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

30、(1)目前关于ceo2 nps运用于日常口腔护理产品的具体研究非常有限，尤其是牙膏、漱口水等产品，在防止口腔细菌的生长和龋齿的发展方面，其有很大的开发应用空间以及应用价值。本发明制得的二氧化铈纳米粒子具有良好的抗菌作用、生物相容性，同时具有优异的催化性能，能够有效防止口腔细菌的生长和龋齿的发展，且本发明制得的ceo2 nps属于纳米级别的颗粒，运用于牙膏中不会磨损牙釉质从而对牙齿造成伤害。

31、(2)本发明制备的含有ceo2 nps的牙膏具有抗菌、再矿化和抗氧化特性，唾液含有离子和蛋白质，可能与纳米颗粒形成纳米颗粒-离子-蛋白质复合物并沉淀到牙齿表面，从而预防龋病的发生，延长其作用时间，有效克服现有技术中其他牙膏存在的在口腔短暂停留，对于预防和治疗龋病的作用时间短，作用效果不明显等问题。

32、(3)本发明的二氧化铈纳米粒的制备方法简单，反应条件温和，在室温常压下进行，制备过程绿色高效，且实验具有良好的重复性，相较于其他抗菌剂以及抗氧化剂，其合成成本较低且技术难度也较低。同时本发明制得的纳米粒子具有较低的生物毒性，不存在口服风险。