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双甲基丙烯酸酯基季铵盐功能单体用于牙科材料抗菌改性的研究

黄鹂  
【摘要】:口腔粘接学是现代口腔修复学中最活跃的研究领域,树脂基材料自身无抗菌活性,表面容易形成菌斑,在粘接操作完成后,细菌及其代谢产物容易进入粘接界面微渗漏间隙中,破坏粘接界面的完整性,造成牙髓敏感症状、继发龋,甚至引起修复体脱落。因此开发具有抗菌功能的口腔粘接材料,将成为预防继发龋发生、提高粘接耐久性最有效的途径。 近年来,本课题组在国内率先开展了可聚合型季铵盐功能单体的研究,合成了多种抗菌单体,并通过性能检测优选出DMAE-CB进行口腔材料抗菌改性研究。由于只含有一个聚合基团,使DMAE-CB与树脂基质单体聚合时交联率有限,一方面限制了抗菌单体在树脂基材料中的添加比例,使改性材料的抗菌作用较弱;另一方面,未交联的抗菌单体可能从树脂基材料中析出,不利于口腔健康。为了解决这些问题,本课题组与合作单位设计并合成了新型双甲基丙烯酸酯基季铵盐功能单体:2-(甲基丙烯酰氧乙基)-正十二烷基-甲基溴化铵(MAE-DB)、2-(甲基丙烯酰氧乙基)-正十六烷基-甲基溴化铵(MAE-HB),其分子结构中既含有抗菌基团,又含有两个聚合基团,使其既能与树脂基质单体共聚,又能与抗菌单体发生均聚,形成高度交联的网络系统,有助于提高抗菌单体的添加量、减少未聚合单体的数量,使改性树脂基材料具有更显著的抗菌性能、更高的机械强度及更好的生物相容性,该类抗菌单体在国内外文献中均未见报道。 1研究目的 本研究旨在对MAE-DB、MAE-HB的抗菌性能、细胞毒性及抗菌单体改性粘接剂、改性复合树脂的各项性能进行全面评价,为研发具有自主知识产权的、可独立使用的抗菌粘接剂、抗菌复合树脂、抗菌窝沟封闭剂等口腔高分子抗菌材料奠定基础。 2主要研究方法: 2.1通过最小抑菌浓度(MIC)测试、最小杀菌浓度(MBC)测试、抗菌动力学测试评价MAE-DB、MAE-HB对口腔常见细菌的抗菌作用。 2.2利用场发射扫描电镜(Fe-SEM)、激光共聚焦扫描电镜(CLSM)观察细菌形态及胞膜完整性的变化。 2.3采用3-(4,5-二甲基噻唑基-2)-2,5二苯基四氮唑溴盐法(MTT法)评价MAE-DB、MAE-HB及改性粘接剂、改性复合树脂的细胞毒性。 2.4通过接触抗菌实验评价MAE-DB、MAE-HB改性粘接剂、改性复合树脂的抗菌性能。 2.5通过冷热循环前后微拉伸粘接强度测试、电镜观察粘接界面及体式显微镜观察断裂模式评价MAE-DB、MAE-HB改性粘接剂的即刻粘接性能、粘接耐久性。 2.6通过测试改性复合树脂表面硬度及上下表面硬度比来评价MAE-DB、MAE-HB对材料机械性能、聚合性能的影响。 2.7采用实时定量RT-PCR技术检测变形链球菌gtfB基因表达量。 3主要研究结果 3.1 MAE-DB、MAE-HB的MIC值与DMAE-CB及洗必泰无显著性差异,且抗菌效率高。 3.2 MAE-DB、MAE-HB对人牙龈成纤维细胞的细胞毒性小于DMAE-CB及Bis-GMA。 3.3 MAE-DB、MAE-HB改性粘接剂对变形链球菌具有稳定持久的抗菌性能,随着添加浓度的增加,抗菌性能逐渐增强,4%MAE-DB、7%MAE-DB、10%MAE-DB、4%MAE-HB、7%MAE-HB、10%MAE-HB组改性粘接剂的抗菌性能均优于3%DMAE-CB组改性粘接剂。 3.4扫描电镜观察可见对照组表面细菌密集,成团块状分布,存在大量的细胞外基质;3%DMAE-CB、1%MAE-DB、4%MAE-DB、1%MAE-HB、4%MAE-HB组改性粘接剂表面细菌粘附量减少,细胞外基质少;7%MAE-DB、10%MAE-DB、7%MAE-HB和10%MAE-HB组改性粘接剂表面细菌粘附量更少且排列疏松,细胞外基质明显减少。 3.5激光共聚焦显微镜观察可见1%MAE-DB、4%MAE-DB、1%MAE-HB、4%MAE-HB、3%DMAE-CB组改性粘接剂表面以胞膜完整的细菌为主;7%MAE-DB、10%MAE-DB、7%MAE-HB、10%MAE-HB组改性粘接剂表面以胞膜受损的细菌为主。 3.6抗菌改性粘接剂的即刻粘接强度较对照组有所下降,10%MAE-DB、10%MAE-HB组与对照组、3%DMAE-CB组有显著性差异,其余组间无差异。10%MAE-DB、10%MAE-HB组改性粘接剂形成的树脂突数量少、排列稀疏、长度较短。对照组的断裂模式以内聚破坏为主,10%MAE-DB、10%MAE-HB组改性粘接剂以界面断裂为主,其余组以混合断裂为主。 3.7冷热循环后各组抗菌改性粘接剂的粘接强度较冷热循环前下降,10%MAE-DB、10%MAE-HB组与对照组、3%DMAE-CB组有显著性差异,其余组间无差异;10%MAE-DB、10%MAE-HB组改性粘接剂形成的粘接界面存在裂隙,树脂突数量少、排列稀疏、长度较短,有折断现象,其余组改性粘接剂形成的粘接界面也有微裂隙形成,树脂突出现折断现象;界面断裂的比例较冷热循环前有所增加,10%MAE-DB、10%MAE-HB组改性粘接剂的断裂模式以界面断裂为主,其余组以混合断裂为主。 3.8冷热循环后各组改性粘接剂均发生不同程度的微渗漏,10%MAE-DB、10%MAE-HB组的微渗漏程度较重。 3.9细胞毒性结果显示,10%MAE-DB、10%MAE-HB及3%DMAE-CB组改性粘接剂浸提液的细胞相对增殖率为60%-70%,其余组均为80%-90%。 3.10抗菌改性复合树脂对变形链球菌有稳定而持久的抗菌性能,随添加比例增加,抗菌性能逐渐增强,10%MAE-DB、10%MAE-HB组改性复合树脂的抗菌效果优于其他组。 3.11扫描电镜观察结果显示,3%DMAE-CB、1%MAE-DB、4%MAE-DB、1%MAE-HB、4%MAE-HB组改性复合树脂表面的细菌粘附量少,细菌团块之间出现间隙;7%MAE-DB、10%MAE-DB、7%MAE-HB、10%MAE-HB组改性复合树脂表面的细菌粘附量更少,排列疏松。 3.12 7%MAE-DB、10%MAE-DB、7%MAE-HB、10%MAE-HB组改性粘接剂与对照组的表面硬度及上下表面硬度比之间有统计学差异,其余组间无统计学差异,10%MAE-DB、10%MAE-HB组改性复合树脂的表面硬度及上下硬度比最高。 3.13细胞毒性结果显示,3%DMAE-CB组改性复合树脂浸提液的细胞相对增殖率为70%,其余各组的细胞相对增殖率均为80%-90%。 3.14 10%MAE-DB、10%MAE-HB组改性复合树脂表面粘附的变形链球菌gtfB基因表达量显著低于对照组。 4.主要结论 4.1 MAE-DB、MAE-HB具有与DMAE-CB相似的较强的抗菌性能,且抗菌效率高,能够破坏细菌的细胞完整性。 4.2 MAE-DB、MAE-HB的细胞毒性小于口腔常用单体Bis-GMA,能够作为性能优良的备选抗菌单体进行口腔树脂基材料抗菌改性研究。 4.3 MAE-DB、MAE-HB改性粘接剂对变形链球菌具有稳定持久的抗菌作用,随添加浓度的增加,抗菌性能逐渐增强。 4.4冷热循环前后10%MAE-DB、10%MAE-HB组改性粘接剂的粘接强度比对照组有显著下降,且冷热循环后10%MAE-DB、10%MAE-HB组改性粘接剂的微渗漏程度最重。 4.5 10%MAE-DB、10%MAE-HB及3%DMAE-CB组改性粘接剂浸提液的细胞毒性较大,其余组浸提液的细胞毒性能够符合临床应用的要求。 4.6 MAE-DB、MAE-HB改性复合树脂对变形链球菌有稳定持久的抗菌性能,随着单体添加浓度的增加,抗菌性能逐渐增强,10%MAE-DB、10%MAE-HB组改性复合树脂的抗菌效果最强。 4.7 MAE-DB、MAE-HB的添加未对复合树脂的机械性能、固化性能产生不良影响。 4.8 MAE-DB、MAE-HB改性复合树脂的生物安全性能够满足临床应用的要求。 4.9 MAE-DB、MAE-HB能够通过下调变形链球菌gtfB基因的表达来干扰葡聚糖的合成,减少细菌胞外基质的分泌从而减少细菌在材料表面的粘附。 综上所述,新型交联型抗菌单体MAE-DB、MAE-HB能够作为理想的功能单体对口腔树脂基材料进行抗菌改性。单体自身具有较强的抗菌性能,抗菌性能起效快,生物安全性能够满足临床应用要求;使用MAE-DB、MAE-HB进行粘接剂抗菌改性时,10%MAE-DB、10%MAE-HB组的抗菌效果最理想,但由于抗菌单体高浓度的添加对粘接剂的即刻粘接强度、粘接耐久性、界面封闭性及细胞毒性等都会产生不良影响,因此推荐选用7%作为最适添加浓度;使用MAE-DB、MAE-HB进行复合树脂抗菌改性时,10%MAE-DB、10%MAE-HB组不仅抗菌效果最理想,而且对树脂的机械性能、固化性能及细胞毒性等均无不良影响,并且MAE-DB、MAE-HB单体还能够通过干扰变形链球菌合成葡聚糖来减少细菌在材料表面的粘附,因此推荐选用10%作为最适添加浓度。实验结果证实含有双聚合基团的新型交联型单体MAE-DB、MAE-HB与树脂基材料交联率高、聚合充分,改性树脂基材料抗菌性能更显著、残余单体量更少、生物相容性更佳等优势,具有良好的应用前景。


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