新型抗菌羟基磷灰石纳米纤维的合成及其在牙科树脂中的应用研究

目的:合成新型抗菌羟基磷灰石纳米纤维,并将其作为改性填料添加至树脂基质中,制备兼具抗菌及再矿化性能的新型牙科树脂,以期为牙科树脂的功能化设计提供参考策略。方法:本实验由两部分组成。(1)新型抗菌羟基磷灰石纳米纤维的合成。使用溶剂热法合成硅烷化羟基磷灰石纳米纤维(Silanized hydroxyapitite nanofibers,s-HAFs),按照 s-HAFs 与红霉素(Erythromycin,EM)的质量比为1:0.5和1:0.25,制备了两种类型的新型抗菌羟基磷灰石纳米纤维,分别记为s-HAFs@EM-50和s-HAFs@EM-25。采用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)、X 射线衍射仪(X-Ray diffraction,XRD)、同步热分析仪(Simultaneous thermal analyzer,STA)、Zeta电位仪及紫外分光光度计,测试并表征样品的微观形貌、物相结构、化学组成和载药能力(Loading capacity,LC),采用菌落计数法和琼脂平皿扩散法评估新型抗菌羟基磷灰石纳米纤维的抗菌性能。(2)新型抗菌再矿化牙科树脂的制备。将双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯(Bisphenol A glycerolate dimethacrylate,Bis-GMA)和三乙二醇二甲基丙烯酸酯(Triethylene glycol dimethacrylate,TEGDMA)以质量比1:1等比例混合,加入樟脑琨(Camphorquinone,CQ)和4-二甲基氨基苯甲酸乙酯(4-dimethylaminobenzoate,4-E),质量分数分别0.2wt%和0.8wt%,随后加入新型抗菌羟基磷灰石纳米纤维,质量分数分别为0wt%、5wt%、10wt%、15wt%和20wt%,避光搅拌均匀,制成新型抗菌再矿化牙科树脂,并评估力学性能、抗菌活性、再矿化性能和生物安全性。实验结果Z-VAD-FMK配制进行了统计学分析(P=0.05)。结果:(1)本实验合成了新型抗菌羟基磷灰石纳米纤维。肉眼观为白色固体棉絮状,SEM显示微观形貌呈纤维状,单根纤维直径约为100nm,长度为几十个微米,在纤维表面有EM纳米颗粒附着;通过FT-IR表征可知,硅烷偶联剂KH-570在羟基磷灰石纳米纤维(Hydroxyapatite nanofibers,HAFs)上实现了接枝,经热重分析得接枝率为(6.12±0.28)%,Zeta电位测试结果显示,s-HAFs@EM-25和s-HAFs@EM-50电位值分别为(-24.60±8.35)mV 和(-28.13±0.38)mV,二者的绝对值小于 s-HAFs(-33.03±2.02)mV 的绝对值。s-HAFs@EM-25 与 s-HAFs@EM-50 的 LC 分别为(13.03±0.55)%和(34.07±1.52)%,抗菌率分别为9Lapatinib生产商8.63%和100%,抗菌性能显著(P<0.05)。(2)本实验制备了新型抗菌再矿化牙科树脂。含15wt%s-HAFs@EM-50的树脂,弯曲强度为(118.67±15.71)MPa,弹性模量为(2.02±0.3)GPa,与不含任何填料的对照组相比,力学性能显著提升(P<0.05),SEM显示树脂断面粗糙,可见纤维桥接、拔出等现象,纤维在树脂基质中的分布较为均匀。当填充量超过20wt%时,树脂的弯曲强度和弹性模量下降,分marine microbiology别降低至(83.74±4.80)MPa和(1.46±0.11)GPa,树脂断面可见纤维聚集成束。含1 5wt%新型抗菌羟基磷灰石纳米纤维的树脂抗菌性能显著高于不含任何填料的对照组(P<0.05),抗菌率大于85%,同时细胞毒性测试分级为1级,说明无明显的细胞毒性。含15wt%s-HAFs@EM-50的树脂浸泡于模拟体液(Simulated body fluid,SBF)中21天后,SEM显示树脂表面有磷灰石矿化层形成。结论:在本实验条件下,当添加一定质量分数的新型抗菌羟基磷灰石纳米纤维(15wt%),树脂的力学性能得以改善,并兼具抗菌及再矿化性能,为制备多功能化的牙科树脂材料提供了研究指导。