醛基改性功能性单体提高牙本质粘接耐久性的研究

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强大持续的粘接力以及界面的长期稳定是影响树脂修复远期效果的重要因素,由于亲水性粘接剂对脱矿牙本质界面的渗透不充分,水环境下树脂基质的水解以及由基质金属蛋白酶(MMPs)和半胱氨酸组织蛋白酶引导的牙本质基质的降解被认为是酸蚀-冲洗粘接剂混合层老化破坏的主要原因。因此,增强混合层的耐水解性与粘接剂的渗透性,保护牙本质胶原基质是增加粘接耐久性的主要内容。外源性交联可以通过非酶促反应诱导额外的分子间和分子内交联,以此增加胶原的生物力学性能、稳定性以及抗降解的能力,从而提高粘接稳定性。目前商品粘接剂中缺乏针对与胶原纤维化学性结合的功能成分。而通过化学衍生丙烯酸酯基末端于交联剂分子,可以解决交联剂缺乏树脂-胶原共价键合的基本问题。基于这样的原理,受到醛基与蛋白快速化学结合作用的启发,我们设计并合成了一种疏水性醛基功能性单体-甲酰基苯基丙烯酸酯(4-formylphenyl acrylate,FA),利用该分子与胶原纤维化学性结合的特性,对其应用于酸蚀-冲洗粘接剂的底涂剂、诱导仿生矿化以及稀释体系三个方面进行了探索,验证新型单体在牙本质粘接领域的应用潜力,尝试弥补商品粘接剂中缺乏特异性结合胶原纤维的成分的不足,为提高牙本质粘接的稳定性提供新的思路。通过赋予化合物可固化的特性,可以降低小分子单体的毒力作用。基于这样的思路,在第二章中,我们通过将丙烯基团接枝于苯甲醛分子上,合成并表征了FA单体,产物使用傅里叶红外光谱(FTIR),质子共振核磁氢谱(~1H NMR),高分辨率质谱(HRMS)进行表征;为验证FA单体的毒性作用,通过MTT法和活死细胞染色技术检测FA的体外细胞毒性;SD大鼠胃灌注法检测其体内细胞毒性;随后将FA配置成不同梯度浓度的牙本质底涂剂,通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR),热失重分析(TGA),胶原酶降解实验验证FA与牙本质胶原的化学结合作用;根据FA底涂剂对2种通用型粘接剂双键转化率的影响,从中选出最佳浓度,再按照处理时间梯度分组,检测老化前后的牙本质粘接强度和纳米渗漏程度;从中筛选最佳处理时间,激光共聚焦显微镜(CLSM)和扫描电镜(SEM)用于观察牙本质粘接界面。FTIR、~1H NMR、HRMS结果表明FA被成功合成,ATR-FTIR、TGA和胶原酶降解实验结果表明,FA实现了丙烯酸酯基口腔粘接剂与胶原基质之间的共价键结合,提高了胶原纤维的理化性能和抗酶降解能力,弥补了目前现有商品粘接剂缺乏与牙本质胶原化学结合的不足。通过良好的渗透能力,FA底涂剂具有改性牙本质表面潜力,诱导粘接树脂单体深入渗透到牙本质粘接面中,进而提高粘接界面的密封性和抗降解性,在不影响两种商品粘接剂转化率的前提下,提高了牙本质粘接的稳定性。更重要的是,FA具有良好的生物相容性。形成稳定粘接力的关键是对粘接界面内的水分的消除。矿化胶原纤维内磷灰石存在的作用之一是将水分子从矿物基质中排出。基于人牙本质非胶原蛋白(Noncollagenous mtrix proteins,NCPs)富含聚阴离子的特征性结构,在第三章中,依赖于FA单体对脱矿牙本质界面良好的渗透性和特异性结合胶原基质的能力,我们将FA单体与丙烯酸(Acrylic acid,AA)进行共聚合,合成含有不同官能度的聚阴离子-醛基嵌段共聚物。通过该分子的醛基与胶原特定位点的配位结合,将富阴离子共聚物结合至胶原纤维上,一方面吸引钙磷离子富集,一方面促进无定型磷酸钙(Amorphous calcium phosphate,ACP)的形成,从而诱导脱矿牙本质原位矿化。首先通过~1H NMR和凝胶渗透色谱(GPC)进行产物表征,随后通过ATR-FTIR和高效液相色谱(HPLC)验证FA-AA与胶原的结合;最后通过溶液带电粒子的透射电镜(TEM)观察,Zeta电位分析,脱矿牙本质的表面硬度测试和SEM观察,检测其原位矿化程度。~1H NMR和GPC结果表明FA-AA共聚物被成功合成;ATR-FTIR和HPLC结果证实了FA-AA共聚物与胶原纤维的共价结合能力;TEM结果表明FA-AA能够诱导ACP形成,所形成颗粒晶型种类随AA官能度提高而增加,形成晶体的各向性增加;FA-AA诱导下的带电颗粒具有明显增强的负电性;最后在FA-AA的作用下,脱矿牙本质发生了不同程度的矿化,因而其表面硬度明显增加。研究发现FA的流体性质可以作为粘接剂成分的稀释单体,从而降低亲水性单体的含量,提高粘接剂的耐水解性能。因此,在第四章中,我们将不同含量的FA引入实验性粘接体系,以梯度降低亲水性单体甲基丙烯酸羟乙酯(2-Hydroxyethyl methacrylate,HEMA)的含量。首先对实验性粘接剂的固化性能进行检测;随后进行固化后理化性能(黏度、弯曲强度、拉伸强度、表面硬度、热稳定性)的检测;吸水/溶解率和静态水接触角测试用于检测其疏水特性;通过CLSM观察树脂突形貌以及原位酶谱测试检测其浸润性以及抑制蛋白水解酶活性能力,并筛选出最佳的FA含量;最后,进行微拉伸强度测试(μTBs),并进行SEM界面观察验证测试结果。实验结果表明,FA的引入显著提高了实验性粘接剂的聚合转化率、流动性和力学性能,30%时达到最高;实验性粘接剂的玻璃态转变温度随FA的引入无明显变化;FA改性粘接剂的吸水/溶解值显著降低,并且表现出显著增大的静态水接触角;CLSM结果表明FA改性实验性粘接剂对牙本质有良好的浸润性,混合层内能够形成明显且较多的树脂突侧枝,低含量(10%)时即具有抑制蛋白水解活性的能力。最后,FA改性实验性粘接剂具有更高的微拉伸强度和更好的粘接稳定性。综上,我们利用FA特异性共价结合牙本质胶原基质的能力,探索并证实了其在底涂剂、仿生矿化和稀释体系方面的应用价值,这种新型的功能性单体不但弥补了商品粘接剂中缺乏特异性结合牙本质有机成分的缺陷,还降低了稀释单体水解降解的风险,而其在仿生矿化方面也具有较大的潜力。这些优势有助于促进FA在牙本质粘接领域的进一步应用推广。
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