含氟纳米二氧化硅填料的制备及其氟释放性能研究

王春风，吴 纲，花曼曼，高 军，殷恒波

0 引 言

继发龋可导致充填修复失败，如果充填材料具有释放氟离子的能力，继发龋会明显减少［1－4］。复合树脂是临床常用的牙体缺损修复材料，但对其释氟研究较少。常用的氟释放原料有氟化钠(NaF)、氟化钙(CaF2)、氟化铝(AlF3)等［5］。除了氟化物的种类，修复材料的结构对也氟离子释放有显著影响［6－8］。开发一种能够持续、适量释氟的新材料具有很好的市场前景。

近年来，具备空心球形结构、球壳上有多孔结构的无机纳米材料已经应用于生物医药领域，主要用作药物控制释放材料［9］。Wang 等［10］将单组份聚合物空心微球作为药物胶囊剂，在其中加入多柔比星，能够显著降低多柔比星在人体内的释放速度，提高其利用率。本研究采用表面多孔的纳米SiO2空心微球作为载体，用浸渍法将NaF 负载到微球内，以微胶囊无机填料的形式在复合树脂中引入氟盐，测试含氟树脂氟离子释放情况。

1 材料与方法

1.1 材料 苯乙烯、α-甲基丙烯酸、过硫酸钾、偏硅酸钠、十六烷基三甲基铵硝酸盐、氟化钠、氯化钾、氯化钠、磷酸二氢钠、水合硫化钠、尿素均为分析纯，购自中国化学试剂有限公司。杜拉菲勒牙釉质黏结剂(贺利氏古莎齿科有限公司)。苯乙烯和α-甲基丙烯酸在使用前先进行蒸馏处理，其余试剂直接使用。

1.2 方法

1.2.1 制备含氟SiO2填料 本实验以牺牲模板法制备出SiO2空心微球［11］，具体方法如下:①模板的制备:采用无皂乳液法制备苯乙烯-甲基丙烯酸共聚胶体微球。一定量的苯乙烯、甲基丙烯酸、水加入到烧瓶中，并使用机械搅拌和回流冷凝器;反应过程中使用氮气保护并且使用水浴进行温度控制。反应一定时间后得到苯乙烯-甲基丙烯酸共聚微球乳液，用作纳米SiO2空心微球模板。②SiO2空心微球的制备:将模板微球加入到蒸馏水中，超声分散得到稳定分散的悬浮液。然后加入50 g/L 十六烷基三甲基溴水溶液并充分搅拌。向悬浮液中加入25 wt%浓氨水溶液至反应液pH 值为10，再向反应液中加入一定量的正硅酸乙酯(Tetraethoxysilane，TEOS)，室温条件下保持快速搅拌，进行SiO2包覆反应。550 ℃下焙烧包覆后的样品除去有机模板，得到SiO2空心微球。③向SiO2空心微球中加载氟盐。

采用浸渍法将NaF 加载到SiO2空心微球中。将SiO2空心微球置于恒压漏斗底部，抽真空，滴加4.2%NaF 水溶液使微球均匀润湿，再继续抽真空30 min 以上。将润湿的样品转移至真空干燥箱内，60 ℃过夜。

1.2.2SiO2空心微球载药前后形貌分析 取一定量载药前、后的SiO2空心微球干燥、喷金，扫描电镜(JSM 7001F)观察。

1.2.3 氟释放特性 试件制备:实验组按照试件中NaF 初始浓度分别为13.9、27.8、55.6 mg/mL 比例，用机械搅拌加超声振动混匀、真空抽吸排气的方法，将载氟纳米SiO2空心微球添加到杜拉菲勒牙釉质黏结剂中，对照组用相同方法添加氟化钠粉末并使试件中的NaF 初始浓度与对照组相同。见表1。将上述各组材料放入不锈钢模具中(直径16 mm、厚3 mm)，以500 W/cm2光强垂直照射40 s。所有试件均用砂纸磨去飞边，再用牙科气水枪冲洗表面30 s 后吹干。每组每个浓度制备6 个试件。

表1 含有SiO2空心微球复合树脂试件的组分(n=6)Table 1 Compositions of hollow silica microsphere-containing composite resin(n=6)

测定氟离子释放累积量:将每组2 个试件放入一个有密封盖、装有5 mL 人工唾液的聚乙烯塑料瓶中，放入37 ℃恒温箱中浸泡。人工唾液配方为:NaCl 0.4 g、KCl 0.4 g、CaCl2·2H2O 0.795 g、NaH2PO4·2H2O 0.78 g、Na2S·2H2O 0.005 g、尿素1.0 g 和蒸馏水1000 mL。分别于第1、2、5、8、13、19、26、33、47 天分别取样2.5 mL 加入1 mL 总离子强度溶液后用蒸馏水定容至5 mL 后测定电位值;测量后将该模型片重新置于更换的100 mL 模拟唾液中，按照上述时间间隔取2.5 mL 稀释2 倍后测定电位值从而得到累计F 离子释放量。

1.3 统计学分析 采用SPSS 17.0 软件进行统计分析。每个时间点2 组间均数的比较采用两独立样品t 检验。以P≤0.05 为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 SiO2空心微球形貌分析 扫描电镜观察牺牲模板法合成的SiO2空心微球，呈现形态均一的球形结构。Nano Measurer 1.2 粒径计算软件测量SiO2空心微球的平均直径为286.8 nm。见图1。

2.2 氟离子释放累积量测定 含氟树脂在人工唾液中1 ～47 d 的氟释放累积量，绘制氟释放曲线，见图2。2 组间第1、2、5、8、13、19、26、33、47 天同时间氟释放累积量差异均有统计学意义(P ＜0.01)。

图1 扫描电镜观察牺牲模板法合成的SiO2空心微球Figure 1 SEM Detection of hollow silica microspheres prepared by the sacrificial template method

图2 不同NaF 初始浓度试剂含氟树脂的氟释放曲线Figure 2 Different initial concentration of NaF reagent containing fluorine resin fluorine release curve

3 讨 论

近年来，具备空心球形结构、球壳上有多孔结构的无机纳米材料引起人们的极大兴趣。这些材料具有表面渗透性高、比表面积大、密度低等优点。因其独特的理化性能，空心微球已经应用于生物医药领域，主要用作药物控制释放材料，药物胶囊剂和药物输送材料。这些空心微球具备多孔性球壳，球壳表面的孔道可作为药物释放通道，因此可以用作药物输送材料。微球材料有多种制备方法，例如牺牲模板法［11］，溶胶凝胶法［12－13］。本研究中，我们首先采用牺牲模板法制备SiO2空心微球，然后采用浸渍法将NaF 负载到空心微球内。通过扫描电镜观察SiO2空心微球的形貌，发现在负载药物前后，这些微球的外形和直径均未发生明显变化。这一结果提示，采用浸渍法可以将NaF 负载到空心微球内，而非使其吸附到微球表面。

固化的复合树脂释放氟离子的过程是渗透与扩散的过程［14］。在材料内部，特别是氟化物颗粒与树脂基质界面间存在许多极微小的孔隙。这些孔隙为水分子渗入材料内部以及材料内部溶解的有效成分向外部扩散提供了通道。在本研究中，我们以体积分数来表述试件中NaF含量，确定各实验组和相应对照组的NaF 含量是相同的。实验结果显示，添加载氟纳米SiO2空心微球的各实验组，其氟释放累积量均显著高于添加NaF 粉末的各对照组，这可能是由于纳米SiO2微球能够很好地分散在树脂基质中，从而形成一种连续的渗透结构，这种连续渗透结构更有利于水分子渗透、NaF 溶解和氟离子扩散。这也说明以纳米SiO2空心微球作为NaF“贮库”，可以提高含氟树脂的氟释放率。所有实验组在测试初期均有快速释氟过程，这是由于树脂表层SiO2空心微球中的NaF 快速溶解，而氟离子比球壳上的小孔小得多，因此能够快速扩散到周围的人工唾液中。

影响树脂释氟的因素非常多，如树脂基质是否亲水以及亲水程度、氟化物的种类及含量［15］、氟化物表面是否进行过硅烷化处理以及浸泡液的种类等。本研究中，所有实验组和对照组均采用相同树脂基质和氟盐，氟释放环境均为人工唾液，SiO2与NaF 均未进行过硅烷化处理，排除了上述因素对实验结果的影响。

通过我们的实验，可以得出以下结论:采用牺牲模板法制备的纳米SiO2空心微球可以作为NaF 的载体。以负载NaF 的纳米SiO2空心微球作为填料，能够提高复合树脂氟释放率。

［1］ Nakabo S，Torii Y，Itota T，et al.Regulation of fluoride ion release from Na2SiF6 contained in resin based on hydrophobic siloxane layer coating［J］.J Oral Rehabil，2002，29(7):675-681.

［2］ Tjandrawinata R，Irie M，Suzuki K.Marginal gap formation and fluoride release of resin-modified glass-Ionomer cement:effect of silanized spherical silica filler addition［J］.Dent Mater J，2004，23(3):305-313.

［3］ Williams JA，Briggs E，Billington RW，et al.The effects of adding fluoride compounds to a fluoride-free glass ionomer cement on subsequent fluoride and sodium release［J］.Biomaterials，2003，24(7):1301-1308.

［4］ Xu X，Burgess JO.Compressive strength，fluoride release and recharge offluoride-releasing materials［J］.Biomaterials，2003，24(14):2451-2461.

［5］ Xu HK，Moreau JL，Sun L，et al.Strength and fluoride release characteristics of a calcium fluoride based dental nanocomposite［J］.Biomaterials，2008，29(32):4261-4267.

［6］ Chan WD，Yang L，Wan W，et al.Fluoride release from dental cements and composites:A mechanistic study［J］.Dent Mater，2006，22(4):366-373.

［7］ Itota T，Al-Naimi OT，Carrick TE，et al.Fluoride release from aged resin composites containing fluoridated glass filler［J］.Dent Mater，2005，21(11):1033-1038.

［8］ Shen C，Shokry TE，Anusavice KJ.Influence of pH and oxygeninhibited layer on fluoride release properties of fluoride sealant［J］.J Dent，2007，35(4):275-281.

［9］ Yang J，Lee J，Kang J，et al.Hollow silica nanocontainers as drug delivery vehicles［J］.Langmuir，2008，24(7):3417-3421.

［10］ Wang YJ，Bansal V，Zelikin AN，et al.Templated synthesis of single-component polymer capsules and their application in drug delivery［J］.Nano Lett，2008，8(6):1741-1745.

［11］ Liu C，Ge C，Wang AL，et al.Synthesis of Porous Hollow Silica Spheres Starting from Sodium Silicate and Using Functionalized Polystyrene Latex Spheres as Templates［J］.Korean Chem Eng，2011，6(28):1458-1463.

［12］ 方 天，田 迎，王建东，等.溶液中稳定分散的介孔二氧化硅纳米球的制备及其生物毒性研究［J］.医学研究生学报，2013，26(10):1014-1018.

［13］ 田 迎，滕兆刚，卢光明，等.介孔二氧化硅纳米材料分散性对293T 细胞凋亡的影响［J］.医学研究生学报，2014，27(1):12-14.

［14］ 沈阳医学院.药剂学［M］.北京:人民卫生出版社，1980:404-406.

［15］ 李 东，赵信义，宋卫华.氟化物的种类及含量对复合树脂氟离子释放特性的影响［J］.第三军医大学学报，2003，25(13):1199-1201.