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口腔自修复复合树脂的研究进展

文章来源:发布时间: 2018-01-22 22:17:18

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   现有的口腔复合树脂材料仍不够完善,咀嚼负荷或口腔温度变化可引起树脂老化,使内部和表面产生微裂纹,若不及时处理,则微裂纹将扩展最终导致树脂完全破裂,缩短修复体临床使用寿命,是口腔修复治疗失败的主要原因。近年,学者将材料学领域的基于微胶囊模型的自修复体系引入复合树脂,以实现微裂纹的早期修复,有望解决复合树脂的老化问题,以提高口腔修复体的长期耐久性。现综述自修复材料的概念及分类,以及现阶段其应用于口腔复合树脂的研究进展,探讨口腔自修复复合树脂的发展方向。izc好牙网

  1.自修复材料的概念及分类izc好牙网

  自修复材料是一种具有微裂纹自我识别、自动修复功能的智能材料,其通过模仿生物体自身修复损伤的原理,在受到外界温度及机械损害后,能自动检测、识别材料损伤区域,并通过特定机制重新填补微裂纹,实现仿生自愈合。目前,自修复材料的分类方法较多,按照是否使用修复剂可分为本征型(intrinsic)和外援型(extrinsic)两大类。izc好牙网

  (1)本征型自修复体系:izc好牙网

  本征型自修复体系主要利用材料内部能进行可逆性化学反应的分子结构,在复合材料断裂后提供能量,引发一系列可逆性反应,使断裂面的分子重新结合,启动自修复过程。这些可逆性化学反应包括共价键合和非共价键合。由于修复过程可逆,因此在一段时间内甚至材料整个服役期间均可实现自修复,且该过程无需加入其他物质,因而亦不会影响材料本身的力学性能。izc好牙网

  (2)外援型自修复体系:izc好牙网

  外援型自修复体系通过在材料内部埋植功能型载体实现自修复。通常外援型自修复体系的修复效率高于本征型。另外,由于本征型自修复体系常需高温或高压等特殊条件引发自修复过程,而外援型可通过微裂纹扩展等机械因素在常温下引发自修复过程,因而外援型自修复体系有更广泛的适用性。目前外援型自修复体系主要使用中空纤维结构和微胶囊包载修复剂。izc好牙网

  1)中空纤维结构:izc好牙网

  也即微脉管网络,由Hamilton等根据人类皮肤创伤的自修复原理构建,主要采用中空玻璃纤维作为载体,氰基丙烯酸酯或环氧树脂等作为芯材。该自修复体系利用微脉管网络向材料内部微裂纹处转运修复剂,以实现微裂纹的自修复。但由于结构限制,中空纤维结构自修复体系多用于大体积的材料或薄层涂料。izc好牙网

  2)微胶囊:izc好牙网

  是一种利用成膜材料包覆具有分散性的固体、液滴或气体而形成的具有核-壳结构的微小粒子,通常将成膜材料形成的包覆膜称为壁材或囊壁,包覆的物质称为芯材或囊芯。2001年White等在Nature上开创性地提出微胶囊型自修复体系,首次制备以双环戊二烯(dicyclopentadiene,DCPD)单体为芯材、脲醛树脂为壁材的微胶囊,并将其与粉末状的格拉布(Grubbs)催化剂(烯烃复分解反应中的催化剂)同时加入环氧树脂基质。当微裂纹扩展引发微胶囊破裂时,DCPD释放至微裂纹表面,与基质中的催化剂接触,引发开环易位聚合反应,将裂纹面重新粘合,发挥自修复功能。微胶囊的优点在于形成微胶囊后,正常情况下芯材性质保持稳定,只有在外力作用下壁材破裂才能释放芯材,并与基质中的催化剂或交联剂发生聚合反应实现自修复过程。因此,基于微胶囊的外援型自修复模型在口腔复合树脂改性中受到学者青睐。izc好牙网

  2.口腔自修复复合树脂材料的研发izc好牙网

  临床研究显示,复合树脂的破裂和牙体组织的继发龋是导致修复治疗失败的主要因素。自修复体系能显著提高材料的抗折裂性能,主要原理即是在特定引发条件下实现微裂纹自修复,同时微裂纹自修复后可降低致龋菌侵入材料内部的风险,进而减少界面牙体组织的继发龋。izc好牙网

  (1)自修复复合树脂的研发:izc好牙网

  自修复微胶囊模型应用于环氧树脂成功后,Wertzberger等基于催化剂催化单体聚合的反应机制,将包裹DCPD单体的脲醛树脂微胶囊与Grubbs催化剂的自修复微胶囊模型引入牙科丙烯酸树脂基质。结果显示,改良复合树脂的平均修复效率(修复后与修复前断裂强度的比值)可达57%;而实验组与对照组的初始断裂强度差异不显著。预示添加自修复微胶囊的复合树脂能在不影响力学性能下实现一定程度的自修复。izc好牙网

  此外,Huyang等基于玻璃离子水门汀(glass ionomer cement,GIC)的酸碱反应机制,构建新型自修复复合树脂。该体系以双酚A双甲基丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸羟乙酯为树脂基质,将GIC的液相主要成分——聚丙烯酸水溶液作为修复液,包裹于二氧化硅微胶囊中,以GIC的粉剂主要成分——含锶的氟铝硅酸盐玻璃颗粒作为自修复体系的修复粉末,将包裹修复液的微胶囊与修复粉末作为填料同时添加至树脂基质中。结果显示,树脂材料内部微裂纹扩展可使微胶囊破裂,释放的修复液与基质中的修复粉末发生酸碱反应,生成稳定的固体GIC修复微裂纹,从而达到自修复效果。同时,该课题组对微胶囊囊壁表面进行硅烷化改性,使其与树脂基质间有更强的界面结合力,将微胶囊因裂纹扩展引发的破裂概率从15%大幅提高到72%,保证足够多的修复剂参与自修复反应。该基于酸碱反应机制的微胶囊自修复体系所采用的成分均是临床已常规使用的物质,保证了其生物安全性。

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