用于长效抗细菌粘附的组合物及方法

文献发布时间：2023-06-19 19:28:50

技术领域

本发明涉及修复材料，具体地涉及用于长效抗细菌粘附的组合物及方法。

背景技术

口腔粘着性细菌在牙表面或修复体表面上粘附、定植并生长繁殖，从而引起龋病或二次龋病，其中粘附是关键的一步，口腔粘着性细菌所形成的牙菌斑是导致龋病和牙周病的因素之一，研究牙齿表面以及修复体表面细菌粘附，对于预防龋病和牙周病具有指导意义。

目前开发了一系列用于抑制细菌粘附的组合物或涂层，例如CN111053696A公开了一种抑制细菌粘附的超疏水凝胶纳米涂层及制备方法，由重量份5-10份四乙氧基硅烷；5-10份甲醇；5-20份NH

再例如，CN115028779A提供了一种功能化高透氧亲水防粘附透明树脂、制备及应用。该树脂材料包括氟单体、硅单体、亲水性单体、丙烯酸酯大分子交联剂、硅烷交联剂、自由基引发剂、消泡剂、增韧剂、抗粘附成分、抗菌剂。该申请主要通过抗蛋白和细菌黏附成分使材料具有抗蛋白和细菌黏附能力。

目前仍需要一种具有长效抗菌功能，并能满足适宜的力学性能要求，从而解决当前抗菌性能、力学性能及生物相容性等问题的防止细菌粘附的组合物。

背景技术中的信息仅仅在于说明本发明的总体背景，不应视为承认或以任何形式暗示这些信息构成本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为解决现有技术中的至少部分技术问题，本发明提供基于热释电原理的用于长效抗细菌粘附的组合物及其用途。具体地，本发明包括以下内容。

本发明的第一方面，提供一种用于长效抗细菌粘附的方法，其包括在所述细菌与其接触物之间形成涂覆膜或使用防止细菌粘附组合物的步骤，其中所述涂覆膜或组合物包括基于所述涂覆膜或组合物的重量的下述组分：30-40重量份的有机组分和40-80重量份的无机填料，其中，所述无机填料包含温度在20-50℃变化时具有热释电性能的铁电相钛酸锶钡，所述有机组分包含基于所述有机组分的重量为60-100重量份的基质和0.5-5重量份的引发剂。

在某些实施方案中，根据本发明所述的方法，其中，铁电相钛酸锶钡为钛酸锶钡颗粒和/或钛酸锶钡纤维。

在某些实施方案中，根据本发明所述的方法，其中，所述无机填料进一步包含粗颗粒，所述粗颗粒的成分选自二氧化硅、氧化锆和/或钡玻璃，且所述粗颗粒的粒径为900-2000nm。

在某些实施方案中，根据本发明所述的方法，其中，所述钛酸锶钡颗粒的粒径为20nm至小于900nm。

在某些实施方案中，根据本发明所述的方法，其中，所述基质包含重量比为0.9-1.1的双酚A双甲基丙烯酸缩水甘油酯和双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯。

在某些实施方案中，根据本发明所述的方法，其中，所述钛酸锶钡进一步包括掺杂型钛酸锶钡。

在某些实施方案中，根据本发明所述的方法，其中，所述粗颗粒的成分选自二氧化硅、氧化锆和/或钡玻璃，且所述钛酸锶钡颗粒与所述粗颗粒的重量比大于1:1。

在某些实施方案中，根据本发明所述的方法，其中，所述钛酸锶钡颗粒的36℃时热释电系数为698μC·m

本发明的第二方面，提供一种用于防止细菌细菌粘附的组合物，其包括基于所述组合物的重量的下述组分：30-40重量份的有机组分和40-80重量份的无机填料，其中，所述无机填料包含温度在20-50℃变化时具有热释电性能的铁电相细颗粒或纤维，所述有机组分包含基于所述有机组分的重量为60-100重量份的基质和0.5-5重量份的引发剂。

本发明的第三方面，提供用于长效抗细菌粘附的组合物的制备方法，其包括以下步骤：

(1)在非聚合条件下准备可聚合单体分子、稀释剂和引发剂；

(2)准备温度在20-50℃变化时具有热释电性能的铁电相钛酸锶钡，其粒径为50nm至小于900nm；

(3)使步骤(1)和(2)中的成分混合，通过固化得到所述组合物。

本发明开发了一种用于长效抗细菌粘附的组合物自抗菌性新材料，其具有长效抗菌功能，并能满足适宜的力学性能要求，能够解决当前牙科用抗菌性能、力学性能及生物相容性等问题，实现口腔修复材料的抗菌功能和力学适配协同提升，延长修复体寿命，改善龋病长期修复的效果。

附图说明

图1示例性防止细菌粘附的组合物的抑菌率。

图2SEM-抗细菌粘附实验结果。

图3CCK-8实验结果。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。除非另有说明，否则“％”为基于重量的百分数。

防止细菌粘附的组合物

本发明的第一方面，提供一种基于热释电原理的牙科用防止细菌粘附的组合物，其为可固化的组合物，或者为固化前的组合物，其能够通过固化形成牙科中使用的固化树脂。另一方面，本发明的组合物也可以作为例如粘接剂以涂覆于医疗器材表面实现防止细菌粘附，为此组合物可进一步包含其他组分。

本发明中，医疗器材的实例包括但不限于：医疗仪器、牙科设备、牙植入物、牙周植入物、药物输送装置、移植物、支架、起搏器、可植入复律器-除颤器、心脏再同步治疗装置、心血管装置引线、心室辅助装置和传动系统、心脏瓣膜、腔静脉滤器、血管内线圈、导管、导管接头、导管阀、静脉输送管线、静脉输送歧管、分流器、伤口引流器、引流导管、输液口、人工耳蜗、气管内导管、气管造口管、呼吸机呼吸管和线路、可植入传感器、眼科装置、矫形外科装置、乳房植入物、颌面部植入物、整形植入物、瓣膜、矫正器、缝合材料、疝气修补网、假体神经装置和耳管。

用于长效抗细菌粘附包括防止致病菌，例如口腔粘着性细菌与种植体之间的粘附，进而防止细菌的定植。细菌的实例包括但不限于革兰氏阳性及革兰氏阴性细菌，或者口腔菌群。

本文所用术语“防止细菌粘附”或“抗细菌粘附”是指减少或消除细菌与表面的附接(例如通过降低在表面上的生长速率)。本发明组合物可防止超过10％、更优选地20％、更优选地30％、更优选地40％、更优选地50％、更优选地60％、更优选地70％、更优选地80％、更优选地90％并且最优选地100％的细菌粘附。应了解，本发明组合物可能也能防止细菌聚集(即细菌不聚集至表面上)。本发明防止细菌粘附可以通过本发明的组合物对细菌形态进行破坏而实现，细菌形态的改变包括细菌细胞膜发生折皱、变形等情形。

在某些实施方案中，使组合物形成涂覆膜可使用本领域已知方法来实施，包括喷雾、润湿、浸渍、浸没、涂覆、结合或光固化等，可以理解，本发明组合物有时也可以以单层或多层形式形成涂覆层。

在某些实施方案中，基于组合物的重量，有机组分的含量一般为30-40重量份，例如32、35、38重量份等。无机填料的用量一般为40-80重量份，例如45重量份、50重量份、55重量份、60重量份、65重量份、70重量份、75重量份等。

本发明中，有机组分一般包含基质和引发剂，其中基质中包含可聚合单体。通过引发剂的作用使可聚合单体聚合形成固化树脂。可选地，基质中进一步包含稀释剂。基于有机组分重量，基质的用量一般为60-100重量份，如65重量份、70重量份、75重量份、80重量份、85重量份、90重量份、95重量份。引发剂的用量可根据需要而适量添加，一般为0.5-5重量份，如0.5-4重量份、1-2重量份等。

本发明中，可聚合单体不特别限定，例如可以使用双甲基丙烯酸酯类分子，其实例包括但不限于双酚A双甲基丙烯酸缩水甘油酯，即bis-GMA，其能够形成具有较好机械强度的固化树脂。本发明中，稀释剂用于促进可聚合单体与无机填料之间的共混，提高聚合时双键转化率。可聚合单体和稀释剂的用量基于重量一般为0.5-2:1。稀释剂用量过大，则得到的固化树脂聚合收缩趋向于变高，且吸水性增强，进而影响力学性能。另一方面，如果稀释剂用量过低，则倾向于影响无机填料的均匀分散，进而影响双键转化率。

本发明中，引发剂不特别限定，可使用任何已知的引发剂类型，包括热引发剂和光引发剂，也可组合使用两种引发剂形成双引发体系。热引发剂的实例包括但不限于过氧化对苯二甲酰(BPO)，优选进一步使用胺类分子作为催化剂。光引发剂优选可见光引发剂，其实例包括但不限于樟脑醌(CQ)和4-N,N-二甲氨苯甲酸乙酯(EDMAB)，其中EDMAB为CQ共用的共引发剂，具有加速剂和抗氧阻聚功能。

本发明中，钛酸锶钡细颗粒是指在口腔内的温度范围，如温度在20-50℃变化时具有热释电性能的铁电相无机颗粒。本发明发现通过使用此类细颗粒替换传统可固化树脂中的至少部分无机填料，可使固化后的树脂具有热释电性能，并进一步发现具有热释电性能的无机细颗粒仍能使固化树脂显示优异的抑菌活性。

本发明中，无机填料中包含的纳米级细颗粒，其粒径一般为20至小于900nm，优选50-850nm，更优选100-700nm，如200nm、300nm、500nm、600nm等。上述范围内的粒径能够更均匀地分散于可聚合树脂内，有利于热释产生的微电流传导，使所得到的固化树脂具有较高的抗菌活性。如果粒径过小，虽然可能更利于产生的微电流的传导，但不利于无机填料在有机组分中的分散，进而影响聚合和固化率，并且在大量填充时聚合收缩趋向于变高，进而影响机械强度。另一方面，如果粒径过大，则所得树脂的表面抛光度变差。

在示例性实施方案中，本发明的细颗粒成分为钛酸锶钡，其组成为(Ba

本发明中，无机填料可选地进一步包含粗颗粒，其粒径一般为微米级，如1-5μm，例如1-3μm等。在此情况下，无机填料为混合型填料。本发明发现当不同大小粒径的颗粒混合使用时，能够提高抗压强度和三点弯曲强度，同时还具有较好的抛光性，特别适于作为前后牙通用的修复树脂。本文中，粗颗粒一般是指不具有热释电性能的无机颗粒，其实例包括但不限于二氧化硅、氧化锆、钡玻璃粉等。本发明可使用上述成分中的一种或两种以上的组合。优选地，本发明使用透光性较强的粗颗粒，如钡玻璃粉和/或二氧化硅。

本发明中，钛酸锶钡细颗粒与粗颗粒的用量一般是细颗粒用量大于粗颗粒。优选基于重量(10-1):1，更优选(9-1.5):1，如8:1、6:1、5:1、4:1、3:1、2:1。如果粗颗粒的用量过大，则抑菌效果大大降低。

本发明中，无机填料可通过表面修饰而改性，从而例如提高与有机组分的相容性。表面修饰方法的实例包括使用硅烷偶联剂，如MPTS等对无机填料进行表面修饰，提高复合树脂的机械强度。

制备方法

本发明还提供一种粘接剂组合物的制备方法，其至少包括以下步骤：

(1)在非聚合条件下准备可聚合单体分子、稀释剂和引发剂；

(2)准备温度在20-50℃变化时具有热释电性能的铁电相钛酸锶钡，其粒径为50nm至小于900nm；和

(3)使步骤(1)和(2)中的成分混合，通过固化得到所述组合物。

本领域技术人员应理解，编号(1)、(2)等的步骤仅为了区别不同步骤目的，并没有表示步骤先后顺序的含义。只要能够实现本发明的目的，上述步骤的顺序并不特别限定。此外，两个以上的上述步骤可合并同时进行，例如步骤(1)和(2)可同时进行。另外，本领域技术人员还应理解的是，在上述步骤(1)-(3)前后，或这些任意步骤之间还可包含其他步骤或操作，例如进一步优化和/或改善本发明所述的方法。

用途

本发明的进一步提供基于热释电原理的防止细菌粘附的组合物在制备用于修复体材料中的用途。此处的用途包括使用组合物制备修复材料的情形，同时还包括将防止细菌粘附的组合物与其他材料如包装材料组合成供临床使用的修复材料的情形。在第二种情形中，组合物中的有机组分和无机填料可以预先混合的形式存在，并在非固化条件如避光条件下保存，也可以是有机组分和无机填料以单独独立存在的方式存在。在某些实施方案中，有机组分中可聚合单体和引发剂以独立存在方式存在，在使用前将两者混合使用。

实施例1

1、称量40重量份的预混好的有机组分于烧杯中，其中，有机组分包含49重量份的Bis-GMA、49重量份的TEGDMA、1重量份的EDB和1重量份的CQ；

2、称量60重量份的无机填料，其为钛酸锶钡BST，粒径为400nm，且Ba和Sr的摩尔比为7:3，体温(36℃)热释电系数698μC·m

3、将1和2所得到的成分加入到烧杯中，于磁力搅拌器上搅拌过夜，超声除泡15分钟；